Introduzione

Negli ultimi tempi abbiamo visto come molta gente si sia preoccupata di capire cosa sia la turbolenza e come quantificare il numero di Reynolds che è direttamente collegato con questo fenomeno fisico. Noi con questo breve articolo cercheremo di farvi capire alcune cose basilari per quanto riguarda il capitolo intitolato "turbolenza", e di dimostrarvi cose che smentiranno definitivamente tutti i professori di fluidodinamica che si trovano a svolgere le loro tesi sui vari forum Italiani, riempiendoli di imprecisioni e non solo.

Per farsì che tale cosa sia possibile abbiamo presentato una relazione "su misura" all'università degli studi di L'Aquila e più precisamente al dipartimento di energetica presso la facoltà di Ingegneria. Dunque al momento ci riserveremo di non divulgare i nomi dei professori ai quali abbiamo chiesto collaborazione e ci limiteremo a dirvi che abbiamo già chiesto che cosa serve di preciso per poter fare una convenzione con chi di dovere. Quindi come avrete ben capito stiamo valutando i tempi ed i costi che dovremo affrontare per poter richiedere una serie di relazioni scientifiche rilasciate da un ente autorevole. Relazioni che soprattutto siano incontestabili, per evitare che i soliti professoroni del settore, che vantano pluriennali esperienze nel campo della fluidodinamica, abbiano sempre e comunque qualcosa da ridire sul nostro operato.

Numero di Reynolds

Il numero di Reynolds è il risultato di una formula fisica che a seconda del suo valore quantifica se c'è il moto turbolento del liquido in un determinato condotto. Per il momento ci limiteremo ad esaminare se c'è la presenza del moto turbolento solo nei condotti perfettamente cilindrici.

Presenza del moto turbolento

Nella maggioranza dei casi la creazione del moto turbolento avviene se il numero di Reynolds è pari o superiore alle 10.000 unità. Vi ricordiamo che il numero di Reynolds è un numero adimensionale. Secondo alcuni esperti del settore, la presenza del moto turbolento potrebbe verificarsi in un condotto perfettamente cilindrico anche con un valore pari o leggermente superiore alle 6.000 unità. Ciò ovviamente non ci interessa per il momento dato che per quello che riguarda il nostro caso specifico possiamo prendere come valore di riferimento le 10.000 unità.

Formula di Reynolds

Eccola qui:

Le unità di misura sono le seguenti:

• Re = numero-valore adimensionale

• ρ = Kg/m³
• c = m/s
• D = m
• μ = Kg/ms

Come calcolare il numero di Reynolds

Per riuscire a calcolare il numero di Reynolds, oltre la formula ci servono alcuni dati che non abbiamo dalle tabelle scientifiche come ad esempio la velocità media del liquido. Questo dato è possibile ricavarlo dalla portata e dal valore della sezione trasversale del condotto. Quindi bisogna prima calcolare la sezione trasversale del condotto e dopo la velocità media del liquido.

Sezione trasversale del condotto

La sezione trasversale del condotto ha come simbolo la lettera "A", in altri casi potrebbe essere rappresentata anche con la lettera "S", ma comunque si tratta di sezione longitudinale. In questo caso il calcolo è abbastanza semplice dato che il tutto si basa sulla seguente formula elementare:

Per facilità abbiamo scritto anche i risultati delle tre diverse sezioni che andremmo ad esaminare in questo articolo, ovvero: 12, 9 e 6 mm.

Velocità media del liquido

La velocità media del liquido viene rappresentata con la lettera "c" ed è direttamente collegata con la portata volumetrica e la sezione trasversale del condotto. Quando siamo a conoscenza della sezione trasversale e la portata volumetrica, il calcolo della velocità media è molto semplice ed è quasi immediato, ecco come:

Ecco un piccolo esempio di quanto sarebbe la velocità del liquido in un tubo di sezione da 12mm di diametro interno con una portata reale da 500lt/ora:

Sempre con questo metodo si riesce ad ottenere che la velocità media del liquido in un condotto di diametro interno da 9 mm è pari a 2.184 m/s ed è pari a 4.914 m/s per il condotto da 6 mm.

Calcolo del numero di Reynolds

Dopo aver avuto i dati che ci servono, siamo pronti a calcolare il numero di Reynolds. Come liquido di riferimento abbiamo scelto di trattare l'acqua distillata. Dalle tabelle scientifiche sappiamo che la densità è pari a 1 e quindi avremo 1000Kg/m³ e sapendo anche il valore della viscosità dinamica avremo la seguente soluzione:

Quindi in parole povere abbiamo dimostrato che in un condotto da 12 mm di diametro interno ed avendo una portata reale pari a 500 lt/h, il numero di Reynolds è 3.684 volte maggiore rispetto al numero di riferimento della soglia minima (10.000) per la creazione della turbolenza. Con la stessa identica procedura si può ottenere molto velocemente i seguenti risultati:

• Numero di Reynolds = 49.140, in un condotto da 9 mm
• Numero di Reynolds = 62.910, in un condotto da 6 mm

Diametro idraulico

Il diametro idraulico è una piccola estensione del diametro del condotto "D" e si simbolizza con "Dh". Ci permette di calcolare la sezione trasversale dei condotti non perfettamente cilindrici e di conseguenza ci permette il calcolo del numero di Reynolds e la verifica della turbolenza in un determinato condotto. Al momento non è il caso di fare ulteriori approfondimenti ma ritorneremo con un altro esauriente articolo sull'argomento non appena ci servirà.

OCLabs Block e Reynolds

Vediamo adesso perchè gli OCLabs Block rendono così bene dalle basse portate e tutti i recensori ci hanno sempre assegnato il massimo dei voti. Prendiamo come esempio il WBNKG2 per S.Video sapendo che ha la canalizzazione interna da 9 mm. Anche se la portata massima di questo block potrebbe essere molto superiore ai 300 lt/h, noi ci limiteremo a verificare la portata minima che permetterà a questo block di dissipare il calore con l'aiuto della turbolenza.

Dunque a questo punto la sola cosa che dobbiamo fare è di impostare come numero di Reynolds il valore soglia pari a 10.000 e successivamente calcolare la velocità media che avrà il liquido nella canalizzazione del block. Ecco il calcolo:

Se adesso si sostituiscono i numeri avremo il seguente calcolo:

Da quest'ultimo risultato si riesce a capire chiaramente che per poter ottenere il fenomeno della turbolenza bisogna che la velocità media "c" dovrà essere almeno pari o superiore a 0.444 m/s. Ecco in che modo si ricaverà la portata:

Il che ci implica che la portata reale non dovrà essere inferiore a 101.626 lt/h. Si precisa che nell'ultimo passaggio abbiamo eseguito la conversione in lt/h.

Se ora volessimo prendere in esame gli OCLabs Block WBNKB5 per CPU e WBNKC2 per Chipset dovremo fare un piccolo calcolo in più per poter trovare la sezione trasversale dato che adesso le canalizzazioni sono due da 6 mm di diametro interno e non una sola come nei casi di poco sopra. Si precisa che entrambi i Block si basano sulla tecnologia della doppia canalina parallela sviluppata da noi fin dall'estate del 2002.

Dunque in questo caso dovremo considerare che la sezione trasversale sarà impostata così: A = 2πR². Sapendo che R = 3 avremmo A pari a 56.52 mm². La velocità media del liquido in questo caso sarà pari a 4.914/2 = 2.457 m/s ed a conti fatti il numero di Reynolds per entrambi i Block sarà pari a 36.855 unità. Il che significa che con una portata impostata a 500 lt/h entrambi i block lavorerebbero in perfetta turbolenza dato che anche in questo caso avremo un valore di 3.658 volte maggiore rispetto il valore della soglia minima pari a 10.000 unità.

Se adesso volessimo verificare la portata minima con cui questi due block continueranno a lavorare con turbolenza, scopriremmo che la velocità media non dovrà essere inferiore a 0.666 m/s e che la portata dovrà essere pari o superiore a 135.512 lt/h.

Ricapitolando abbiamo dimostrato che la serie di OCLabs Block lavorano con la turbolenza se le portate sono pari o superiori alle seguenti:

Analisi del moto turbolento

La seguente immagine su CAD è una rappresentazione grafica bidimensionale esemplificativa della presenza del moto laminare e del moto turbolento in un condotto cilindrico con diametro interno pari a 12 mm. Nel primo caso si vede chiaramente il moto laminare del fluido e si vede la parabola ottenuta con simulazione, nel secondo caso invece è presente il fenomeno della turbolenza e si vede chiaramente che la curva ottenuta ha un fronte trasversale molto maggiore rispetto al moto laminare. Si notino le differenze sulla velocità massima e minima tra il moto laminare ed il moto turbolento.

 

Note finali

Arrivati alla fine del presente articolo ci sentiamo obbligati a ringraziarvi per averlo letto con la dovuta attenzione e cogliamo l'occasione per augurarvi una buona navigazione.