Tra i fenomeni che ancora sfuggono alla modellizzazione matematica e al calcolo previsionale c’è quello delle ‘turbolenze’, che interessa ambiti diversi: dai processi ad alta tecnologia, all’ambiente, alla meteorologia. In pratica, le equazioni che governano i moti turbolenti, pur essendo note, sono impossibili da risolvere e la mancanza di una soluzione teorica impedisce di formulare modelli fisico-matematici sufficientemente accurati. Ciò comporta, sul versante applicativo, che non è ancora possibile, ad esempio, stimare con la necessaria precisione il consumo di carburante di un moderno aereo, o di valutarne correttamente le emissioni e di prevedere la successiva dispersione degli inquinanti prodotti dai motori.
Ora però si è aperta una nuova prospettiva: i ricercatori di tutto il mondo potranno misurare le ‘quantità’ rilevanti per descrivere questi flussi, per la prima volta con la necessaria precisione, grazie al nuovo Laboratorio Sperimentale per lo studio della Turbolenza attivo nel Centro di cooperazione internazionale CICLoPE (Centre for International Cooperation in Long Pipe Experiments), recentemente inaugurato a Predappio (FC) presso le strutture delle ex Industrie Caproni.
Il Project Manager del nuovo laboratorio, Gabriele Bellani – che coordina le attività di ricerca relative al ‘Long Pipe’ in collaborazione con il prof. Alessandro Talamelli chairman del progetto – ha illustrato a ilsussidiario.net gli elementi qualificanti dell’iniziativa: «Lo studio scientifico della turbolenza copre diversi aspetti: in questo laboratorio ci concentriamo sullo studio della turbolenza di parete, cioè studiamo il comportamento di un fluido ad alta velocità nella sua interazione con una parete. Questo ha conseguenze molto importanti dal punto di vista applicativo: è infatti in quella configurazione che avviene la dissipazione energetica, che si verificano i principali fenomeni di attrito e che quindi si manifestano le varie problematiche legate al consumo di carburante dei mezzi di trasporto. Come pure ci sono implicazioni di tipo geofisico, in quanto l’atmosfera può essere studiata come un fluido che si muove a contatto con la superficie (la parete) della terra e del mare: capire a fondo queste dinamiche è importante per modellare ed eventualmente manipolare flussi di questo tipo».
La particolarità del laboratorio CICLoPE sono le dimensioni. «Per riprodurre in laboratorio questo tipo di flussi con numero di Reynolds rilevante per le applicazioni, bisogna disporre di apparecchiature a grande scala: noi abbiamo un impianto unico al mondo, costituito da un tubo di un metro di diametro e lungo 110 metri. Ci sono altri laboratori che operano con alti numeri di Reynolds utilizzando altri sistemi (come al Cern, dove si utilizzano flussi criogenici che abbassano la viscosità); ma non riescono ad avere misure accurate perché le scale della turbolenza sono troppo piccole e ci vorrebbero strumenti di misura speciali. Nel nostro laboratorio possiamo invece utilizzare strumenti di misura standard che però ci danno misure assolutamente precise e accurate» Un altro fattore distintivo di CICLoPE è dato dalla precisione con la quale è stato realizzato il condotto, il Long Pipe, fatto in fibra di carbonio con finiture superficiali molto accurate e con tolleranze geometriche molto spinte; «ciò consente di far sviluppare il flusso nel modo più naturale possibile, evitando l’effetto di possibili disturbi. Anche la location del tunnel, sotto una montagna, fa sì che la transizione tra moto laminare e moto turbolento avvenga al riparo da qualsiasi disturbo o vibrazione».
Ciò è stato possibile perché il laboratorio ha utilizzato le infrastrutture disponibili nel sito del vecchio stabilimento della Caproni: c’erano le gallerie scavate sotto la montagna di fronte alla fabbrica e che sarebbero dovute servire per costruire aerei durante la guerra al riparo dai bombardamenti. Per lungo tempo le gallerie sono rimaste abbandonate poi sono state recuperate per questo progetto circa dieci anni fa e sono state date in comodato d’uso gratuito dall’Aeronautica Militare all’Università di Bologna, che poi ha potuto usufruire di fondi europei per la ristrutturazione e la costruzione del laboratorio.
«Qui si farà ricerca di base, seppur con un occhio alle applicazioni.Inizialmente andremo a realizzare un database delle misure di velocità in vari punti in vicinanza della parete, per ricostruire la dinamica turbolenta. Potremo così mettere a disposizione della comunità scientifica un set molto ampio di dati, ottenuti con una precisione estrema mai raggiunta finora, che servirà poi a mettere a punto modelli matematici in vista anche di possibili applicazioni ingegneristiche». Per i prossimi dieci anni quindi, le misure delle turbolenza passeranno da Predappio. «Si parla di almeno dieci anni di attività perché, anche se i computer e le simulazioni numeriche stanno facendo passi da gigante, non si prevede che entro questa decade si possano avere strumenti alternativi per studiare questi tipi di fenomeni. Ritengo però che il periodo utile potrà essere superiore e che queste strumentazioni saranno sempre efficaci per analisi del genere».
Il Centro è stato inaugurato ufficialmente la scorsa settimana e potrà ospitare tutti i gruppi di ricerca che desiderano condurre studi ed esperimenti nel campo dell’aerodinamica, della fluidodinamica, delle gallerie del vento, della progettazione di sensori e della simulazione numerica dei flussi. Ma i fisici di Bologna avevano già iniziato a operare, nell’ambito di una prima collaborazione internazionale col KPH di Stoccolma; che rientra a sua volta nel più ampio progetto EUHIT: un network che collega i maggiori centri di ricerca europei che si occupano dello studio della turbolenze, quali il Max Plank Institute e il Cern di Ginevra. «Stiamo effettuando i primi esperimenti raccogliendo già i primi dati», dichiara con soddisfazione Bellani.