Analisi con tecnica PIV dell’evoluzione spazio-temporale di vortici di estremità generati da un profilo alare di un aliscafo.

Tip vortices are important phenomena in the naval field because those generated by submerged appendages can influence lift and induced drag, and can also cause vibrations, reduced efficiency, and premature wear of components. For this reason, the present thesis work experimentally analyzes these vortices under confined conditions using the stereo-PIV (Particle Image Velocimetry) technique, simulating the geometric constraints of the hull. The experimental activity was conducted at laboratory scale using a NACA 0015 airfoil with an angle of attack of 15° and a distance from the hull of 12.3 cm, exposed to a water flow at a speed of V = 0.157 m/s, corresponding to Re = 31411. By applying the stereo-PIV technique, the velocity field was constructed at cross-sections at different distances along the flow direction, up to a distance of 1.25 m from the trailing edge of the airfoil. The analysis of the velocity field made it possible to identify the formation of the tip vortex and its evolution in space and time. By applying the λ₂ criterion, the temporal evolution of the vortex center was mapped for each section, obtaining its trajectory and quantifying its circulation. The results show that the vortex trajectory progressively loses stability as the downstream distance increases, due to interactions mainly with the bottom and walls of the channel. The circulation shows a spatial decay due to diffusion and fragmentation of the vortex.

I vortici d’estremità sono fenomeni importanti in ambito navale poiché quelli generati dalle appendici immerse possono influenzare la portanza e alla resistenza indotta, possono provocare vibrazioni, riduzione dell’efficienza ed usura precoce delle componenti. Per questo motivo il presente lavoro di tesi analizza con tecnica stereo-PIV (Particle Image Velocimetry) misure sperimentalmente di tali vortici in condizioni confinate, che simulano il vincolo geometrico della carena. L’attività sperimentale è stata condotta in scala di laboratorio utilizzando un profilo alare NACA 0015 con angolo di attacco di 15° e distanza dalla carena di 12,3 cm, investito da un flusso d’acqua a velocità V = 0,157 m/s, corrispondente a Re=31411. Attraverso l’applicazione della tecnica stereo-PIV è stato costruito il campo di velocità in corrispondenza di sezioni traversali a diverse distanze lungo la direzione del flusso, fino ad una distanza di 1.25 m dal bordo d’uscita del profilo alare. L’analisi del campo di velocità ha permesso di identificare la formazione del vortice di estremità e della sua evoluzione nello spazio e nel tempo. Mediante l’applicazione del criterio \lambda_2, è stato mappata l’evoluzione nel tempo del centro del vortice per ogni sezione, ottenendone la traiettoria, ed ne è stata quantificata la circolazione. I risultati evidenziano che la traiettoria del vortice perde progressivamente stabilità aumentando la distanza verso valle, a causa delle interazioni principalmente con il fondo e le pareti del canale. La circolazione mostra un decadimento spaziale dovuto a diffusione e frammentazione del vortice.