Problemi di turbolenza di pale eoliche e motori risolti grazie ai supercomputer e ai processori per videogiochi

Quali sono i limiti dei motori a reazione e delle turbine per l’energia eolica? Le turbolenze. Uno studio britannico sfrutta l’enorme capacità di calcolo dei supercomputer e le simulazioni con processori grafici originariamente sviluppati per i videogiochi, per permettere agli ingegneri di progettare turbine più efficienti.

Quando un fluido, come l’acqua o l’aria, scorre velocemente, si verificano delle turbolenze (ossia dei cambiamenti nella velocità e nella pressione all’interno del fluido) che penalizzano l’efficienza di prodotti quali ad esempio le turbine eoliche e motori a reazione. Un gruppo di ricercatori dell’Imperial College di Londra ha condotto simulazioni con i supercomputer, usando processori grafici originariamente sviluppati per i videogiochi, per mettere a punto modelli ingegneristici di turbolenza precisi e funzionali.

Il risultato dello studio è stato pubblicato sul Journal of Fluid Mechanics, e in buona sostanza consente di testare modelli empirici e di crearne di nuovi, portando a progetti estremamente ottimizzati. Il coautore dello studio, professore Peter Vincent del Dipartimento di Aeronautica dell’ateneo, spiega che “ora abbiamo una soluzione per un importante problema di flusso. Possiamo verificare i modelli empirici di turbolenza rispetto alla risposta ‘corretta’, e sincerarci che descrivano bene ciò che accade realmente o se sono necessari adattamenti“.

Per comprendere meglio di cosa si tratta, partiamo da una domanda piuttosto semplice: se l’acqua di una diga venisse improvvisamente rilasciata in un fiume e chiusa subito dopo, che effetto avrebbe sul flusso del fiume? Per rispondere si potrebbero usare dei modelli e determinare il comportamento “medio” complessivo del fluido, simulando una miriade di opzioni. Oppure si potrebbe affidare il compito a un supercomputer e fargli calcolare migliaia di simulazioni, ciascuna delle quali richiede miliardi di calcoli per essere completata. Nel secondo caso, si ottengono i parametri esatti che descrivono come il disturbo viene assorbito nel flusso d’acqua e determinare tutti i possibili requisiti che il modello deve soddisfare.

Il professore Peter Vincent davanti a una delle simulazioni di flusso

 

Il co-autore Professor Sergei Chernyshenko sottolinea con orgoglio come il problema di meccanica dei fluidi a cui ha trovato risposta questo studio fosse aperto da oltre 40 anni, e finalmente ha una soluzione. Non a caso, l’articolo sul sito ufficiale dell’ateneo è indicato come: “Problema risolto”.

Una simulazione ipnotica