Simulazioni fluidodinamiche dirette di flussi interfacciali acqua-aria

After decades of research efforts, the wind-wave interaction mechanisms, which govern the exchanges of momentum and heat through the air-water interface, have been recognized as extremely elusive. The reason is the complex nature of the problem which combines complex coupling mechanisms between turbulent wind and water waves with the presence of multiple governing parameters such as the friction Reynolds number of the wind, the water depth, the wind fetch . A full understanding of these interaction mechanisms might improve actual models for wave and atmosphere prediction, climate forecast and loads estimation on marine structures such as ships and offshore platforms. In order to study these complex problems two Direct Numerical Simulation have been proposed: a two-phase open channel flow driven by a constant pressure gradient and a two-phase Rayleigh-Bénard convection are studied respectively to investigate the exchange of momentum between wind and waves, and the natural convection between air and water.

Nonostante anni di ricerca, i meccanismi fisici alla base delle interazioni tra vento e onde, che regolano gli scambi di quantità di moto e calore attraverso l’interfaccia acqua-aria, rimangono ancora oggi poco chiari. La ragione è la complessa natura del problema che combina l’accoppiamento dinamico tra il vento turbolento e le onde del mare con la moltitudine di parametri che ne regolano il fenomeno, come il numero di Reynolds del vento, la profondità della colonna d’acqua, l’ estensione della superficie d’aria su cui il vento soffia. Una piena comprensione di questi problemi, risulterebbe cruciale nel migliorare gli attuali modelli usati per le previsioni metereologiche. Per studiare questi meccanismi di interazione due simulazioni fluidodinamiche dirette sono state proposte: un canale aperto bifase guidato da un gradiente di pressione costante e una convezione Rayleigh-Bénard bifase sono state studiati, rispettivamente per analizzare lo scambio di quantità di moto tra onde e vento, e la convezione naturale tra aria e acqua