7. Studio aerodinamico con tecnica P
7.1 Campi vettoriali istantane
Le prime quantità prese in considerazione per l’analisi dei risultati ottenuti con la tecnica PIV sono i campi vettoriali istantanei, ovvero derivanti dalle cross-correlazioni tra le coppie di immagini acquisite negli stessi istanti da entrambe le telecamere e, successivamente, giuntate (come mostrato nel paragrafo 4.3). Come anticipato, un grande vantaggio della tecnica PIV è quello di poter analizzare tutti i singoli campi vettoriali ottenuti a partire dalle immagini acquisite, in modo da poter fare considerazioni riguardo ad eventuali strutture evidenti o su particolati andamenti del flusso. In particolare, per ogni caso di studio sono stati selezionati dal database dei campi vettoriali istantanei significativi, ovvero in grado di evidenziare aspetti che non potrebbero emergere effettuando operazioni di media o di media in fase. Il criterio di selezione, sviluppato sul software Matlab, ha previsto il calcolo della vorticità (sfruttando il teorema di Stokes, descritto dall’espressione (4.11)) su celle di dimensioni maggiorate rispetto al dominio bidimensionale discretizzato all’interno del software Dantec. La maggiorazione della cella è stata necessaria per poter estrarre solamente i campi vettoriali istantanei che presentano alti valori di vorticità per una porzione estesa del dominio, ovvero in cui appaiono evidenti nuclei vorticosi (evitando quindi gli alti valori di vorticità locali dovuti a gradienti di velocità). Di seguito, per ogni caso di studio, vengono mostrati alcuni campi vettoriali istantanei selezionati. È necessario specificare che il lato sinistro delle immagini è complanare al pannello (considerando il suo avanzamento durante l’esercizio del ventilatore), mentre l’intervallo di spazio bianco tra il pannello e l’effettivo campo vettoriale di interesse è dovuto alle operazioni di rielaborazione Image Masking e Vector Masking descritte nel capitolo 4 (diverse per ogni caso a seconda della presenza più o meno estesa di riflessioni di luce) e necessarie per eliminare le zone del dominio in cui la cross-correlazione non avrebbe avuto esito positivo. Questo, di fatto, è del tutto normale in prossimità del pannello poiché risulta problematico per il software riconoscere nella seconda immagine la controparte delle particelle riscontrate nella prima.
$$' Fig. 7.1 – Campi vettoriali istantanei selezionati per il caso a DP a 2400 rpm
$$( Fig. 7.2 – Campi vettoriali istantanei selezionati per il caso a DP a 3000 rpm
$$) Fig. 7.3 – Campi vettoriali istantanei selezionati per il caso a ML a 3000 rpm
$*+ Osservando i campi vettoriali, una prima informazione di grande importanza è che nei casi a DP (a ed a , mostrati in Figg. 7.1-7-2), a differenza del caso a ML a (mostrato in Fig. 7.3), si riscontrano delle effettive strutture vorticose dovute al flusso di ricircolo. Il caso a ML, invece, presenta un’evidente regolarità del flusso ed un disturbo legato al flusso di ricircolo fortemente limitato sia assialmente che radialmente. Tenendo presente che i casi a ML rispettano completamente la condizione di similitudine fluidodinamica, il comportamento osservato in Fig. 7.3 è estendibile anche agli altri due regimi (ricordando che dai risultati ottenuti con la tecnica LDV sono emerse forti somiglianze anche negli andamenti dell’energia cinetica turbolenta). Inoltre, osservando progressivamente i campi vettoriali in Figg. 7.1-7.2-7.3, si nota che:
• in accordo con quanto dedotto nel capitolo 6, nei casi a DP il flusso di ricircolo varia fortemente le proprie caratteristiche nel passaggio tra il regime a
ed il regime a . In particolare, si nota come il flusso acquisisca importanti caratteristiche centrifughe in tutta la zona superiore al meato (
). Inoltre, è evidente come questo abbia effetti anche a dal pannello. Questa informazione è importante dato che con la tecnica LDV la caratterizzazione è stata limitata a soli dal pannello, dove ha avuto luogo la traversa radiale. Per quanto riguarda le strutture vorticose evidenziate, è utile confrontare la differente posizione in cui vengono a trovarsi rispetto all’anello esterno ed alla zona del meato tra il caso a ed il caso a . Ciò che appare è che a tali strutture rimangono prossime all’anello esterno
(non si estendono oltre e ), mentre nel caso a
vengono a trovarsi a raggi più elevati ed interessano una porzione assiale nettamente più estesa. Inoltre, nel caso a la loro forma è molto più irregolare e variabile da istante a istante rispetto a quelle riscontrate a , segno di una forte instazionarietà del fenomeno. Dato che le standard deviation osservate nel capitolo 6 nell’ambiente del meato (Figg. 6.5-6.6-6.7) non sembrano evidenziare forti differenze dei livelli di turbolenza presenti nel flusso che passa attraverso il gioco tra il caso a ed il caso a , è evidente la forte dipendenza della morfologia delle strutture presenti in Fig. 7.2 dal miscelamento con il flusso di monte, instabile nel tempo. Questo, come già detto, è in accordo con il minor confinamento esercitato dall’anello esterno sul flusso proveniente dal gioco a , in cui l’avanzamento assiale dell’anello esterno rispetto al
pannello (Tab. 3.1) passa da (a ) a (a );
•
nei casi a DP, la presenza di turbolenza in determinate posizioni è in accordo con quanto osservato dai grafici relativi all’energia cinetica turbolenta delle misure effettuate con la tecnica LDV (visibili in Fig. 6.24). Un rapido confronto mostra che per il caso a DP a la zona maggiormente caratterizzata da turbolenza è quella prossima all’anello esterno, estesa alla porzione estremale della pala ed alla zona del meato (complessivamente per ). Effettuando lo stesso confronto per il regime a si nota, invece, come la zona maggiormente caratterizzata da turbolenza sia quella più esterna, ovvero sopra al meato in$*$