Un Ciclope per aiutare i ricercatori a svelare i segreti della turbolenza

Ci saranno, tra gli altri, il rettore Ivano Dionigi e il presidente della Regione Emilia-Romagna Stefano Bonacini all’evento di inaugurazione del laboratorio CICLoPE (Centre for International Cooperation in Long Pipe Experiments), sabato 14 marzo alle 9,30 presso il Teatro Comunale di Predappio. Il laboratorio nasce sotto gli auspici della comunità scientifica internazionale, con l’idea di fornire una piattaforma sperimentale, unica al mondo per precisione e qualità dei dati, per lo studio della turbolenza ad alti numeri di Reynolds. È stato realizzato all’interno dei tunnel delle Ex-Industrie Caproni a Predappio, concessi in comodato gratuito all’Università di Bologna dall’Aeronautica Militare Italiana.

Grazie alle dimensioni dei tunnel, alla stabilità delle caratteristiche ambientali e all'assenza di disturbi esterni, il CICLoPE sarà in grado di ospitare attrezzature capaci di riprodurre le fenomenologie tipiche dei flussi reali garantendo un’estrema qualità dei dati misurati.

Il laboratorio CICLoPE
Il laboratorio è stato realizzato grazie ad una serie di finanziamenti della Comunità Europea, veicolati dalla Regione Emilia-Romagna, nell’ambito dei programmi Obiettivo 2 e POR-FESR e con il contributo fondamentale dell’Università di Bologna. I lavori di realizzazione si sono svolti in tre fasi successive. Nella prima, terminata nel 2010, è stata effettuata un’opera di recupero e consolidamento dell’area e dei tunnel. Nella seconda, anche grazie all’acquisto da parte del Comune di Predappio dell’area esterna ai tunnel, è stato realizzato il laboratorio vero e proprio con tutti i suoi sistemi. E nella terza fase, parzialmente finanziata anche con fondi CIPE, è stata realizzata la galleria del vento (il Long Pipe) che costituisce l’attrezzatura sperimentale con la quale verranno effettuati gli esperimenti.

Il Long Pipe è stato progettato per misurare, per la prima volta al mondo con la necessaria precisione, tutte le quantità rilevanti per descrivere i flussi turbolenti vicino alla parete, e quindi per caratterizzare nel dettaglio le dinamiche universali di questi flussi. Altra caratteristica unica del Long Pipe è la camera di prova a pressione ambiente. Elemento che semplifica notevolmente le operazioni di misura e contribuisce alla versatilità della struttura.

I gruppi di ricerca potranno venire direttamente a Predappio e utilizzare l’infrastruttura, oppure potranno semplicemente richiedere dati in remoto. Oltre alle classiche attività di ricerca industriale nel campo dell’aerodinamica e della fluidodinamica il laboratorio offre servizi nell’ambito della progettazione di gallerie del vento, nella progettazione, realizzazione e successiva calibrazione di sensori per la fluidodinamica e infine nella simulazione numerica di flussi turbolenti.

Il CICLoPE rientra nel network europeo EUHIT, che collega le eccellenze internazionali a livello di infrastrutture per lo studio della turbolenza e che include fra gli altri il Max Plank Institute e il CERN di Ginevra. Tramite EUHIT e la rete internazionale del CICLoPE sono già attive diverse collaborazioni tra l’Università di Bologna e vari gruppi di ricerca internazionali molto interessati dalle nuove possibilità di sperimentazione e prospettive di sviluppo offerte dal nuovo laboratorio.

Il problema della turbolenza e le sue applicazioni
Lo studio della turbolenza ad alti numeri di Reynolds ha applicazioni sia in campo tecnologico che ambientale. Il forte interesse è legato al fatto che le equazioni che governano i moti turbolenti, pur essendo note, sono praticamente impossibili da risolvere in forma teorica. La mancanza di una soluzione teorica impedisce di formulare dei modelli fisico-matematici sufficientemente accurati. Per questo, il problema della turbolenza è riconosciuto come uno dei problemi irrisolti della fisica contemporanea. Da un punto di vista applicativo, questo si traduce nell’impossibilità di stimare con la necessaria precisione il consumo di carburante di un moderno velivolo da aviazione civile, di valutarne correttamente le emissioni e di prevedere la successiva dispersione degli inquinanti prodotti dai motori endotermici. Allo stesso modo, la mancanza di una adeguata comprensione della turbolenza ci impedisce di formulare previsioni accurate in molti altri campi, come l’ambiente e la meteorologia.

Per dotare gli ingegneri di modelli matematici affidabili e utilizzabili nella progettazione, è necessario fare ricorso ad esperimenti effettuati a numeri di Reynolds elevati, cioè in condizioni paragonabili a quelle delle reali applicazioni. Ciò significa che si deve fare ricorso ad attrezzature di grande scala, con dimensioni caratteristiche dell’ordine dei 100 metri e con tolleranze geometriche e costruttive molto stringenti. Inoltre, per effettuare misure con la necessaria accuratezza, tale attrezzatura deve essere collocata in luoghi isolati da disturbi esterni e controllati da un punto di vista ambientale. La strumentazione necessaria per caratterizzare flussi turbolenti è altamente sofisticata e richiede una sistematica collaborazione tra i diversi istituti e centri di ricerca interessati al problema.