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Capitolo 1
1.4
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Classificazione del moto dei fluidi
La meccanica dei fluidi è stata prima definita come la scienza che studia il comportamento dei fluidi in quiete o in moto e la loro interazione con i solidi o altri fluidi al contorno. In pratica, in questa definizione rientra un’ampia varietà di problemi. Per renderne più agevole lo studio, conviene, pertanto, raggrupparli in base alle caratteristiche comuni. Si individuano, in tal modo, le tipologie generali illustrate nel seguito.
1.4.1
Moto viscoso o non viscoso
Quando due strati di fluido si muovono l’uno rispetto all’altro, lo strato più lento tende a frenare quello più veloce per effetto di una resistenza interna al moto. Tale resistenza, oltre che dalla differenza di velocità tra i due strati, dipende da una caratteristica fisica del fluido chiamata viscosità, una sorta di misura di quanto è “appiccicoso’’ il fluido. Nei liquidi la viscosità è causata dalle forze di coesione tra le molecole, nei gas dalla loro collisione. Non esistendo un fluido con viscosità nulla, tutti i fluidi in moto sono soggetti in una qualche misura agli effetti viscosi. I moti viscosi sono quelli in cui tali effetti sono predominanti in tutto il campo di moto. Tuttavia, in molti casi di interesse pratico, ci sono regioni del campo di moto (di solito non in vicinanza di pareti solide) dove le forze viscose sono trascurabili rispetto a quelle di pressione o di inerzia. Di conseguenza, per semplificarne l’analisi, in tali regioni di moto non viscoso è possibile trascurare i termini viscosi senza commettere errori significativi. La Figura 1.15 mostra le regioni di moto viscoso che si formano inserendo una lastra piana di piccolo spessore in un campo di moto uniforme. Infatti, per la condizione di aderenza il fluido aderisce alle pareti sulle due facce della lastra generando il sottile strato limite in cui gli effetti viscosi sono predominanti (regioni di moto viscoso). Invece, a partire da una certa distanza dalla lastra, su ambedue i lati, il moto non ne è influenzato (regioni di moto non viscoso).
1.4.2
regione di moto non viscoso
regione di moto viscoso regione di moto non viscoso
Figura 1.15
Il moto di una corrente uniforme su una lastra piana e le regioni di moto viscoso (in prossimità della lastra, sulle due facce) e non viscoso (lontano dalla lastra). Fundamentals of Boundary Layers, National Committee from Fluid Mechanics Films, © Education Development Center.
Moto confinato o non confinato
Il campo di moto di un fluido può essere confinato o non confinato. Nel caso del moto su una superficie o attorno a un filo o a una tubazione il campo di moto è non confinato. Il moto dell’aria attorno a una palla (Figura 1.16) o attorno a un ostacolo è non confinato. Nel moto all’interno di una tubazione, essendo il fluido delimitato da pareti solide, il campo di moto è confinato. Se la tubazione è riempita solo parzialmente dal liquido e superiormente esiste una superficie a contatto con l’aria, il moto è chiamato a pelo libero (o a superficie libera). Il moto dell’acqua nei fiumi e nei canali è un esempio di tale tipo di moto.
Figura 1.16
Moto attorno a una pallina da tennis e regione di scia turbolenta nella parte posteriore. NASA and Cislunar Aerospace, Inc.