Teoria effetto Venturi è sempre esatta?

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28/02/2014 09:30 #2709 da Zephiro
Zephiro ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Prandtl è appena morto... Di nuovo..

Secondo me hai parecchia confusione riguardo l'argomento.
1- Lo strato limite è stato fotografato più e più volte, scrivi Boundary Layer visualizzation su google per ottenere migliaia di immagini. L'unica ipotesi "assiomatica" se così si può definire, è che per strato limite si considera la zona contente tra il 95 e il 99% della vorticità (a seconda delle potenze di calcolo impiegate) poichè l'equazione della diffusività ha un'asintoto all'infinito ( una piccola parte di vorticità si diffonde alla velocità della luce fino all'infinito) Ovviamente è solo una questione "matematica" poichè fisicamente quella quantità è irrisoria (famoso effetto farfalla). Lo strato limite usa la No Slip Condition, dunque è necessario che esista rugosità, per avere velocità nulla in parete, una superficie PERFETTAMENTE LISCIA, dunque senza attrito, non genera ne vorticità ne strato limite.

2- I metodi al CFD sono fortemente limitati dalle potenze di calcolo dei moderni computer, nel caso di soluzioni DNS (Direct Navier-Stokes), mentre nel caso di semplificazioni, si va in contro a difetti di modellizzazione che possono portare a risultati completamente senza significato fisico, ed anche in quel caso i risultati si ottengono dopo mesi di elaborazione del processore. (Sto per l'appunto seguendo ora il corso di CFD)

3- L'ultimo accenno sull'ala instabile, oltre che off-topic, è tirato nel mucchio così, a caso, nomi altisonanti e mezze informazioni per cosa? Ammetto di non aver bene capito a cosa ti riferissi, ma se si parla di instabilità di velivoli militari, è una questione di dinamica del volo, e più in particolare di posizione del baricentro, nulla a che vedere con l'aerodinamica.

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  • bluebarbjack
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03/03/2014 09:21 #2716 da bluebarbjack
bluebarbjack ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
cosa c'entri Prandtl e la diffusività non mi è chiaro.
allora.
qualunque concetto matematico si basa sulla continuità nell'ambito dello studio della funzione. pertanto un integrale di circuitazione che definisca portanza (componente perpendicolare del vettore pressione differenziale) e resistenza (componente tangenziale dello tesso) richiede la continuità della funzione lungo tutto il bordo del profilo. questo avviene solo ed esclusivamente se il profilo è perfettamente liscio e non esistono zone di "turbolenza". è un assioma matematico che in natura non corrisponde alla realtà. infatti il regime di flusso laminare si trova distante dal bordo del profilo, e questa distanza è legata al numero di mach e a quello di reynolds.
portare lo strato laminare il più vicino possibile al profilo, e quindi ridurre l'ampiezza dello strato limite di regime turbolento, è uno degli obiettivi principali di chi regata. sullo scafo di utilizzano varie tecniche per ottenere questo scopo, più o meno efficaci.
per migliorare la portanza di un profilo alare si arriva ad avere diversa rugosità tra intradosso ed extradosso proprio per migliorare la distribuzione delle pressioni e quindi il Cl/Cr. sulle vele questo è impossibile in quanto devono operare simmetricamente.
per le ali instabili puoi trovare molte pubblicazioni sull'utilizzo di stimolatori di turbolenza sia per la stabilizzazione dell'ala che per lo spostamento del centro di spinta al fine di migliorare la manovrabilità dell'aereo.

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  • Filippo
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03/03/2014 12:06 - 03/03/2014 12:32 #2718 da Filippo
Filippo ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Buongiorno a tutti, visto che si fa interessante mi unisco anche io alla discussione...
Allora Bluebarbjack, ti riporto il mio parere sulla questione "portanza su un profilo":
cercherò di farla breve:

1) Il fatto che ci sia turbolenza perché porta a discontinuità delle funzioni? in generale questo non è vero in basso subsonico (Immagino tu stia parlando del campo di velocità e pressione).

2) In più, la generazione di portanza è strettamente legata al concetto di vorticità. Tu parlavi di circuitazione, giustissimo, esiste un teorema (Stokes) che, applicato al caso, porta e fare equivalere l'integrale su un contorno della componente di velocità lungo quel contorno (definizione di circuitazione) al flusso di vorticità attraverso la superficie racchiusa da quel contorno. (scusa la ripetizione). Quindi se definiamo lo strato limite come diceva Zephiro qualche post fa, è chiaro il legame che questo ha con la portanza. Segue che se non si avesse vorticità, o meglio flusso risultante non nullo, non si avrebbe portanza. Vorticità non vuol dire, anche se ne è decisamente connessa, turbolenza è solo una grandezza definita come rotore (da qui la dicitura (ir)rotazionale) della velocità, ed è legata alla velocità angolare delle particelle fluide.

3) La generazione di vorticità è dovuta alla condizione di velocità nulla del flusso sul bordo del profilo, il che va bene per superfici rugose...

4) La diffusione della vorticità centra in maniera consistente in quanto al di fuori dello strato limite (si parla di dimensioni irrisorie rispetto a quelle del profilo) si può considerare il flusso irrotazionale e applicare Bernoulli.

5) Prantl è quello che, sotto certe ipotesi, sfruttando relazioni di scala, ha approssimato Navier-Stokes per lo studio del moto all'interno dello strato limite.

6) Lo strato limite può essere laminare o turbolento... Da un punto di vista delle performance di un profilo in termini di resistenza bisogna fare alcune considerazioni che riguardano l'attrito, la dimensione della scia (come dicevi tu se cerco di avere lo strato limite più schiacciato, in linea di massima avrò una scia più sottile e meno resistenza), la tendenza del flusso a separare (il fantomatico stallo), ecc.

7) Per le ali instabili, bisogna che tu fornisca una definizione precisa di "stabilità"... Ti posso dire che gli "stimolatori di turbolenza" servono, in accordo con quello che dicevo prima, per incrementare l'energia cinetica dello strato limite e di conseguenza migliorare il comportamento allo stallo...

Come vedi, nessun assioma... Spero di aver fornito uno scenario chiaro, se c'è qualche dubbio/qualcosa che secondo te non va (nel caso cita le fonti per favore), scrivi pure...

Queste cose le puoi trovare sull'Anderson "fundamentals of aerodynamics".
Ultima modifica: 03/03/2014 12:32 da Filippo.

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03/03/2014 14:48 #2719 da giovbiss
giovbiss ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Signori,
Mi rendo conto che siete ingegneri e che quindi tra di voi vi capite.
Io pur avendo seguito studi superiori non ci ho capito una mazza.
Quindi vi chiedo un favore.
Cercate di spiegare con parole semplici quanto state discutendo.
Altrimenti, perdonatemi, ma salterò a piè pari i vostri post.
Bv
Gio

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04/03/2014 10:43 #2721 da Filippo
Filippo ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Hai ragione. Tornando più vicini al topic, mi associo a Zephiro nel sostenere che l'effetto Venturi, per come lo intendo io, non centra.... Aggiungo a quanto detto in precedenza questa figura, derivante dal mondo aeronautico (sulla vela non ho trovato niente), che può spiegare secondo me, l'interazione fiocco-randa.
www.virtualpilots.fi/feature/articles/10...SLATTIENVAIKUTUS.JPG
Immagina che il profilo principale sia la randa e lo "slat" il fiocco (le dimensioni relative sono diverse, ma l'applicazione è un'altra).
Si vede che il flusso che passa nello "slot" va a ritardare la separazione sul dorso del profilo principale, migliorando il comportamento allo stallo, nel senso di coefficiente di portanza (Cl) più alto, e possibilità di arrivare a più alte incidenze (grafico sotto).
Ciao, BV.

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04/03/2014 11:01 - 04/03/2014 11:07 #2722 da Zephiro
Zephiro ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Allora, diciamo che si sta discutendo su concetti non troppo semplici, ma direi essenziali per capire la dinamica di un fluido. Visto che comunque sono nozioni che rispondo bene anche alla domanda del post, vediamo se riesco a farmi capire. Avviso, che sto cercando di semplificare le cose, quindi molte definizioni non sono rigorosi.

EQUAZIONI DI NAVIER-STOKES

Sono le equazioni (si parla al plurale, per indicare il fatto che si riferiscono a vettori, e quindi ce n'è una per ogni "asse" (x,y,z)) che regolano la dinamica di un fluido, e sono attualmente irrisolvibili, in quanto si hanno più incognite che equazioni. Prendono in considerazione il moto delle particelle fluide (la particella fluida è un'insieme di molecole di fluido che si muove) e lo legano al campo di pressione.
Un termine importante di questa equazione, è il rotore della velocità delle particelle, in pratica definisce come e quanto sta ruotando la particella fluida. Normalmente le particelle non ruotano, ma traslano soltanto, per farle ruotare è necessario che esista una superficie d'attrito, ( si immagini la particella come un cubo che abbia un lato vincolato a una superficie, e si spinga il cubo verso quel lato dal lato opposto, si può intuire che il cubo ruota.)
Dunque quando si parla di moto Rotazionale, si intende un moto in cui le particelle stanno ruotando. Il termine Rotazionale, è fortemente legato alla viscosità, termine che indica lo scambio di informazioni tra le molecole, in pratica, senza viscosità, le molecole non risentono dell'attrito. dunque no viscoso=no rotazionale.

TEOREMA DI BERNOULLI

Il teorema di Bernoulli (da cui poi si ottiene facilmente venturi) deriva dalla semplificazione delle equazioni di Navier-Stokes nel caso di fluido INCOMPRIMIBILE ( che non significa a pressione costante, ma che la densità è costante tipo l'acqua) e questo per l'aria è verificato fino a velocità di circa 1/3 della velocità del suono (Mach 0.3), dunque sempre vero per le barche; IRROTAZIONALE, ovvero il nessuna particella ruota, e questo non è detto che sia così, ma bisogna verificarlo. Si ottiene dunque un legame tra la velocità del fluido, la pressione statica e gli effetti gravitazionali, che diventano una funzione del tempo ( P+1/2roV^2+fg=F(t)). Se si trascurano gli effetti gravitazionali (trascurabili per l'aria) e si studia un moto STAZIONARIO (Ovvero il campo di moto è identico nei vari istanti di tempo) si ottiene la formulazione più classica del teorema di Bernoulli P+1/2roV^2=cost

PRANDTL

Ora, bisogna veder quando e dove un moto sia ROTZIONALE (essendo il termine più complicato dentro l'equazione di Navier-Stokes). Qui cominciano i divari di conoscenze, tra la scuola di pensiero mia e di filippo e quella di bluebarjack, questo è come l'ho studiata io:
Prandtl, ha studiato un modo per semplificare le equazioni di Navier-Stokes, semplicemente facendo un lavoro di adimensionalizzazione con ipotesi di flusso INCOMPRIMIBILE, da cui si ottiene il famoso numero di REYNOLDS, (legame tra forze cinematiche e viscose) numero molto importante in fluidodinamica, che definisce numerosi parametri. Comunque in sostanza Prandtl, trova le equazioni dello strato limite, ovvero la regione di fluido in cui è concentrata la quasi totalità della vorticità ( termine legato al rotore) e, trascurando il termine che si diffonde all'infinto, si può, senza perdere di precisione, considerare il campo rotazionale solo ed unicamente confinato all'interno dello strato limite. Voglio precisare, che l'unica ipotesi fatta da Prandtl, è quella di moto INCOMPRIMIBILE, dunque la teoria dello strato limite, è reale, e non assiomatica. Quindi Bernoulli può essere tranquillamente applicato al di fuori dello strato limite.

STRATO LIMITE, MOTO LAMINARE E MOTO TURBOLENTO

Qui entriamo in un discorso molto complesso se si vuole restare nella rigorosità scientifica, ma che è importante conoscere. Molti velisti conoscono "Il moto è laminare di bolina, turbolento di poppa". Questa è una formulazione completamente sbagliata. Innanzi tutto, per laminare/turbolento, ci si riferisce alla condizione dello strato limite. Quando lo strato limite è laminare, le particelle sono "ordinate" e procedono lungo traiettorie ben definite, in questa condizione si ha di solito minor resistenza e condizioni migliori, inoltre il flusso è stazionario. Quando in numero di Reynolds cresce, e solo quando supera un determinato valore, il flusso diventa turbolento, con presenza di grandi fluttuazioni e tante altre problematiche, che rendono il moto turbolento un bel grattacapo per gli studiosi.
Quello che è importante conoscere è che il moto turbolento presenta grosse perdite di energia e quindi alta resistenza associata, e che il Reynolds aumenta all'aumentare di velocità e lunghezze caratteristiche (diametro in un tubo, corda in un profilo)
La presenza di moto laminare/turbolento non condiziona la portanza generata di un profilo, ma ne aumenta la resistenza di "scia"
Molto diverso dal concetto di strato limite ATTACCATO o SEPARATO. Quando lo strato limite separa, (e separa più facilmente in moto laminare) si genera un' importante scia e il distacco dalla parete fa crollare la portanza (è quanto succede allo stallo), il modo più frequente di separazione dello strato limite, è la presenza di un forte gradiente di pressione positivo nel senso del moto. In poche parole, se il flusso va in direzione di una zona a pressione maggiore di quella di partenza il flusso separa e si arriva allo stallo (è quello che succede a una vela troppo cazzata) dunque è importantissimo non fare SEPARARE il flusso, motivo per cui si usano energizzatori e stimolatori di turbolenza

PORTANZA E RESITENZA

La portanza è la componente perpendicolare al flusso dell'integrale (tipo somma) delle pressioni agenti sul profilo, mentre la resistenza ne è la componente nello stesso verso. Per calcolare la portanza, bisogna conoscere il campo di moto attorno al profilo, cosa non sempre semplice, interviene il teorema di Kutta-Joukowsky con la definizione di circuitazione, e vorticità, legate appunto al rotazionale della velocità, per vederla in modo un po più semplice, si immagini un cilindro posto in rotazione, con un flusso incidente al lato lungo del cilindro. questo genrerà una portanza diretta secondo il verso di rotazione e del flusso. Si può riportare tale fenomeno alle particelle che ruotano sul profilo. Dunque le particelle ruotano sul profilo, e generano portanza, ma le particelle ruotano solo se lo strato limite è ataccato, e se c'è attrito. Per quanto riguarda la resistenza invece, bisogna aggiungere, oltre alla resistenza data dal campo di pressione (resistenza di forma) la resistenza data dall'attrito.

CONSIDERAZIONI GENERALI

In generale il problema è molto più complicato di così, specialmente entrando in campo tridimensionale (come il mondo reale), valgono sempre le equazioni di N-S e Prandtl, ma visualizzare la meccanica del fenomeno diventa molto più complesso. In particolare, si genera no più componenti di vorticità e importanti fenomeni di bordo. Ci sono anche importanti interazioni tra i vari corpi (stralli, scotte, albero) che portano a importanti modifiche del moto attorno al profilo.
Conta comunque in generale, che a sufficiente distanza da pareti (centimetri al massimo) Bernoulli funziona. Ma non è sufficiente da solo a spiegare i fenomeni di interazione tra profili e la generazione della forza propulsiva della barca.

Spero di essere stato abbastanza chiaro, su un'argomento che semplice non è per niente (è considerata l'equazione più complessa della fisica) e che chi legge questo post abbia un po più di nozioni, per poter comprendere meglio altri post scritti.
Ultima modifica: 04/03/2014 11:07 da Zephiro.
Ringraziano per il messaggio: giovbiss

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04/03/2014 17:45 #2723 da giovbiss
giovbiss ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
Si . Apprezzo il tentativo di spiegare in modo comprensibile la dinamica dei fluidi.
Quanto dici concorda con il mio modo di interpretare il flusso dell'aria sulle vele e dell'acqua sullo scafo.
Ad esempio io guardo sempre se la scia di uno scafo esce"pulita" dalla poppa. Quasi che l'acqua non si sia "accorta" del passaggio dello scafo stesso. Purtroppo l'aria non si vede. Ecco perché dobbiamo "immaginarla".
Bv
Gio

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05/02/2016 16:01 #3773 da Anacleto2
Anacleto2 ha risposto alla discussione Teoria effetto Venturi è sempre esatta?
La risposta è molto più semplice e intuitiva. Basta usare la formula di Vermont-Blitz, opportunamente adattata:
m2[k15*Vv2-Vv1]/m1[Gg2+16k-Vv2]/Gg1[Ss1-Ss2-Vv1], riguardante la forza rotazionale applicata al quadrato della superficie.
Una supercazzola... lol

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