Le simulazioni 3D rivelano instabilità inaspettate nei flussi ipersonici. Queste scoperte potrebbero rivoluzionare la progettazione dei veicoli ultra-rapidi.
Un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois ha utilizzato supercomputer per modellare flussi a Mach 16 attorno a coni. Le loro simulazioni hanno evidenziato rotture negli strati di shock, un fenomeno mai osservato prima. Questa scoperta sottolinea l’importanza dei modelli tridimensionali per comprendere le interazioni ad alta velocità.
Il team ha avuto accesso a Frontera, un supercomputer di classe mondiale, e a un software specializzato sviluppato da ex studenti. Questi strumenti hanno permesso di catturare dettagli invisibili negli studi in 2D o nelle esperienze fisiche. I risultati mostrano che i flussi non sono uniformi attorno ai coni, contrariamente alle aspettative.
Le simulazioni hanno rivelato instabilità vicino alla punta dei coni, dove l’aria diventa più viscosa. Queste perturbazioni potrebbero influenzare la performance e la sicurezza dei veicoli ipersonici. I ricercatori hanno anche notato che questi fenomeni non si manifestano a velocità inferiori, come Mach 6.
La metodologia di simulazione Monte Carlo diretta è stata cruciale per questo studio. Permette di seguire ogni molecola d’aria e di modellare con precisione gli shock. Questa approccio, sebbene costoso in termini di risorse, offre una precisione ineguagliabile per comprendere i flussi ad alta velocità.
La giunzione conica di un campo di flusso simulato ha mostrato che A, B e C indicano la posizione dello shock conico, della linea di separazione ondulata e della discontinuità di forma circolare. I ricercatori hanno dovuto sviluppare un secondo programma per validare le loro osservazioni. Questo lavoro ha confermato la presenza di rotture nel flusso, organizzate in due grandi blocchi. Questi risultati aprono nuove prospettive per la progettazione dei veicoli ipersonici.
Questo studio, pubblicato su Physical Review Fluids, segna un passo importante nella comprensione dei flussi ipersonici. Dimostra l’importanza delle simulazioni 3D per esplorare fenomeni altrimenti invisibili. Le ricerche future potrebbero basarsi su questi risultati per migliorare i design aerodinamici.
La metodologia Monte Carlo diretta è un approccio statistico per modellare i flussi di fluidi. Simula il comportamento individuale di ogni molecola in un gas. A differenza dei metodi deterministici, introduce una componente di casualità nelle collisioni tra particelle. Questo permette una rappresentazione più realistica dei fenomeni a scala molecolare. Questa tecnica è particolarmente utile per i flussi ad alta quota o ad alta velocità.
Fonte: Techno Science
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