Galleria del vento: dove l’aerodinamica prende forma

La galleria del vento è una struttura utilizzata per test aerodinamici che si basa sul principio di relatività. Sostanzialmente le prove sperimentali vengono condotte sfruttando una corrente di aria che investe il modello preso in esame; infatti questo sistema riesce a replicare al meglio le condizioni che si verificano nel caso reale, dove spesso è il corpo principale a muoversi nell’ambiente circostante sotto l’effetto di forze aerodinamiche.

Configurazione di una galleria del vento

In generale esistono varie configurazioni per una galleria del vento:

• Galleria a circuito aperto
• Galleria a circuito chiuso
• Gallerie con camera di prova aperta
• Gallerie con camera di prova chiusa

La scelta di una o dell’altra tipologia dipende dall’utilizzo che se ne vuole fare. Una galleria del vento a circuito aperto è sicuramente più semplice ed economica rispetto ad una a circuito chiuso, ma al contrario non permette un preciso controllo di pressione e temperatura avendo a disposizione soltanto l’aria atmosferica presente negli istanti della misurazione. Anche per questo motivo, quindi, è meno efficiente, non garantendo la replica delle reali condizioni ambientali.

Una camera di prova chiusa è confinata da pareti solide. Questa condizione fa sì che il campo di moto sia solo lungo la direzione delle pareti, dato che la componente normale ad esse è necessariamente nulla.

Invece, nel caso di camera di prova aperta (o semi-aperta) abbiamo un tubo di flusso con una sezione inferiore a quella della camera di prova stessa. Tale situazione implica che la corrente d’aria possa lambire zone di ristagno circostanti, che si trovano a condizioni termodinamiche differenti. Inutile dire che tutto ciò porta ad un allontanamento dal caso di moto uniforme tanto più quanto le differenze di condizioni sono spinte.

 

Galleria del vento – POLIMI

Cercheremo di portarvi alla scoperta della Galleria del vento del Politecnico di Milano, una tra le più grandi attualmente esistenti.

Si tratta di una galleria a circuito chiuso, strutturata su due livelli e con due diverse camere di prova, differenti sia per dimensioni che per utilizzo.

La prima si trova al piano inferiore ed è nota come ‘Low Turbulence Test Section‘, mentre la seconda, che occupa la quasi totalità del piano superiore, è la ‘Boundary Layer Test Section‘.

La corrente d’aria è generata da 14 turbine da 1.8 m di diametro disposte su due file, ciascuna dalla potenza di 100 kW, per un totale di 1.4 MW (sì, se utilizzate a pieno regime richiedono potenza come quasi 500 abitazioni con contatori da 3 kW).

La corrente passa quindi per due angoli della struttura muniti di alette che conducono il flusso al livello superiore, in verso opposto. Inoltre, in questo zona, la corrente viene anche raffreddata grazie ad un intercooler. Infatti non è presente ricircolo di aria e il funzionamento delle turbine non fa altro che introdurre calore nel sistema.

Dopo essere passato per la camera superiore, il flusso ritorna al livello inferiore per interagire anche con la camera di prova più piccola. Prima però passa per uno schermo a nido d’ape e attraverso tre strati di differente porosità al fine di ridurre la turbolenza e favorire un flusso d’aria più uniforme.

Low turbulence test section

Questa è la camera più “piccola” tra le due, con 4 m di larghezza, 3.84 m di altezza e 6 m di lunghezza. La velocità massima raggiungibile in questa sezione è di 55 m/s. Se consideriamo un campo di moto uniforme, con quasi 16 m² di sezione, parliamo di una portata d’aria di circa 1000 kg/s.

In particolare la camera è provvista di una piattaforma circolare rotante sulla quale viene fissato il modello da analizzare. In questo modo è possibile simulare facilmente sia un vento frontale, sia uno con qualsiasi angolazione desiderata.

Inoltre questa è soltanto una delle due ‘low turbolence test section’ presenti. Infatti mentre la prima è in funzione, è possibile allestire la seconda con altri modellini e scambiare le camere all’occorrenza per ridurre le tempistiche.

Infine questa camera viene utilizzata per test su modellini di velivoli, treni ad alta velocità, generatori eolici e in generale per sport in cui conta il contributo aerodinamico.

Boundary layer test section

Probabilmente una tra le poche nel suo genere, larga 13.84 m, alta 3.84 m e lunga oltre 30 m. La massima velocità che si riesce ad ottenere è di 16 m/s, da sfruttare per test specifici su strutture civili, dagli edifici ai ponti.

Anche in questo caso è presente una piattaforme girevole con un diametro di 13 m per testare le possibili correnti d’aria e verificare che la struttura in esame risponda con oscillazioni entro i limiti previsti.

Inoltre è possibile aggiungere dissuasori e ostacoli di fronte alla piattaforma di prova per replicare al meglio le caratteristiche orografiche dell’ambiente circostante.