L'attività privilegia i flussi turbolenti di parete. Un primo
ambito si incentra sullo studio della struttura della turbolenza
per un fluido Newtoniano. Dati gli elevati numeri di Reynolds nelle
applicazioni, per effettuare uno studio numerico è necessario
introdurre modelli. Nell'indagine si utilizza dunque la simulazione
numerica diretta per mettere a punto modelli LES per flussi di
parete. Un secondo ambito riguarda invece lo studio della
transizione e della turbolenza per flussi con polimeri. Gli
strumenti e gli ambiti sono vari. Un esempio è lo studio del
bilancio scala per scala dell'energia cinetica per polimeri
flessibili, la cui presenza introduce un termine di flusso che si
aggiunge al termine inerziale. L'estensione di questa analisi, già
applicata alla turbolenza omogenea e isotropa, ad un caso con
pareti può aiutare la comprensione della riduzione di resistenza
osservata in questi flussi. Simili tecniche possono essere
applicate anche allo studio dei polimeri rigidi.
L'attività di ricerca da me svolta finora si è principalmente mossa
nell'ambito dello studio della turbolenza idrodinamica. Lo
strumento utilizzato è quello del calcolo numerico ad elevata
accuratezza (codici pseudo-spettrali), che ha permesso di
affrontare lo studio di argomenti legati alla fisica di base della
turbolenza attraverso la Simulazione Numerica Diretta. I problemi
affrontati si collocano in vari ambiti tra cui la turbolenza di
parete, la turbolenza omogenea e isotropa, la transizione alla turbolenza, la convezione termica e più di recente anche la dinamica dell'interfaccia fra la turbolenza e zone di fluido irrotazionale. La simulazione è
stata successivamente seguita dalla messa a punto di opportune
tecniche di analisi statistica. Il campo di applicazione è stato
prevalentemente quello di flussi reologicamente complessi, in
particolare soluzioni diluite di polimeri, per i quali le tecniche
su citate hanno consentito di mettere il luce le differenze con i
corrispondenti casi Newtoniani. Le metodologie utilizzate e messe a
punto hanno però validità generale per lo studio della turbolenza
nei fluidi. La motivazione per intraprendere uno studio di questo
tipo è ben nota, infatti uno dei fenomeni più singolari che hanno
luogo in turbulenza di parete riguarda la riduzione di resistenza
prodotta dalla presenza di modestissime quantità di polimeri a
catena lunga diluiti in un solvente altrimenti Newtoniano.
Muovendosi da questa base di partenza l'attività di ricerca
privilegia diversi aspetti dell'indagine di un flusso turbolento
di parete che qui sotto cercherà di riassumere. Un primo ambito di
ricerca riguarda la turbolenza di parete per un fluido Newtoniano e
si colloca nello scenario di una ricerca di più ampio respiro che
prende le mosse da una importante iniziativa internazionale di
ricerca denominata CICLoPE (Center for International Cooperation on
Long Pipe Experiments) che è nata negli ultimi anni e sta
diventando operante sulla base di un grande apparato sperimentale
localizzato a Predappio con l'obiettivo di compiere un decisivo
passo in avanti nella comprensione della turbolenza di parete.
L'interesse principale è comprendere la struttura intrinseca della
turbolenza di parete, un problema di per se affascinante
indipendentemente dalla sua importanza nelle applicazioni e per
procedere in questa direzione anche l'uso di codici numerici
affidabili sarebbe di grande aiuto. D'altra parte agli elevati
numeri di Reynolds che caratterizzano la maggior parte delle
applicazioni, è necessario introdurre modelli per la turbolenza,
che non possono essere validi se non sono basati su una piena
conoscenza della struttura del campo fluidodinamico. L'indagine
proposta si sviluppa quindi utilizzando informazioni ottenute
dalla simulazione numerica diretta per mettere a punto modelli LES
per la turbolenza di parete che siano in grado di preservare le
proprietè statistiche del campo fluidodinamico. Questa indagine è svolta in collaborazione con l'Università di Roma. Un secondo
ambito di ricerca riguarderà invece lo studio della turbolenza di
parete per flussi con addittivi, in particolare di polimeri
flessibili e rigidi. In
questo tipo di flusso infatti la presenza della microstruttura
introduce un termine di flusso che va ad aggiungersi al termine
inerziale dovuto alle nonlinearità. L'analisi sulla turbolenza
omogenea e isotropa ha mostrato che alle grandi scale il termine
inerziale è dominate sul termine dei polimeri mentre a piccole
scale la situazione è opposta, ciò consente di individuare una
scala di cross-over. L'estensione ad un caso disomogeneo con pareti
può essere molto utile per la comprensione della riduzione di
resistenza che viene osservata in questi flussi. L'applicazione
delle tecniche numeriche messe a punto da me per lo studio della
turbolenza con polimeri flessibili verrà poi applicato anche al
caso di polimeri rigidi, questo lavoro viene svolto in
collaborazione con l'Università Cinese di Hong-Kong e con il Dipartimento di Fisica
dell'Università di Roma Tor Vergata. In seguito alla mia permanenza in Galles ho iniziato una collaborazione con l'Imperial College di Londra per lo studio de dinamica multi-scala dell'interfaccia turbolenza/non-turbolenza.
In passato mi sono occupata anche di fenomeni di trasporto in nano e microcanali con una messa a punto di tecniche multiscala per la simulazione (Molecular Dynamics e
Stochastic Rotation).