la micrometeorologia e la dispersione degli inquinanti ... - ARPA Lazio

LA MICROMETEOROLOGIA E LA CAPACITA’ DISPERDENTE DELL’ATMOSFERA
questo punto, il moto del fluido, ancora sostanzialmente ordinato, comincia ad
evidenziare disturbi intensi e localizzati di tipo tridimensionale che si presentano
casualmente nello spazio e nel tempo;
• con l'aumentare di Re,i disturbi tridimensionali, apparentemente casuali, aumentano
di numero, di frequenza e di intensità, si mischiano tra loro, si rompono, fino
a coinvolgere tutto il fluido presente nel Boundary Layer.A questo punto il moto
del fluido è lontano dal suo stato originale: si individua ancora un moto di traslazione
cui però si vanno a sovrapporre perturbazioni, all’apparenza senza senso
e casuali, più o meno intense a seconda del valore di Re e della distanza dalla frontiera
rigida. Nel Boundary Layer si viene ad instaurare quindi un moto sostanzialmente
disordinato e caotico (casuale) cui diamo il nome di moto turbolento.
Ciò ha riscontri oggettivi nel moto di tutti i fluidi di interesse geofisico (oceani e
atmosfera). E’ difficile dare una definizione precisa della turbolenza (Tennekes e
Lumley, 1972; Monin e Yaglom, 1971a) anche se è possibile indicarne alcune proprietà
generali:
• l'irregolarità: la caratteristica più evidente dalla turbolenza in un fluido è l’irregolarità
del campo delle principali variabili che ne descrivono il moto, irregolarità
con caratteristiche proprie di un fenomeno stocastico;
• la diffusività: tale irregolarità comporta un rimescolamento di vaste porzioni di
fluido a caratteristiche differenti e quindi un incremento del tasso di trasferimento
di massa, quantità di moto e calore;
• l'alto numero di Reynolds: la turbolenza si instaura solo ad Re elevati. Come spiegato
in Monin e Yaglom (1971a), il numeratore della (2.37) rappresenta le forzanti
inerziali, che dipendono dal gradiente di velocità ed agiscono nel senso di destabilizzare
il moto del fluido, mentre il denominatore risulta proporzionale alle
forze viscose che ne regolarizzano il moto.Alti valori di Re comportano che l'azione
destabilizzante delle forzanti inerziali prevale sull'effetto regolarizzante dei
termini viscosi;
• la sua tridimensionalità: anche se nel moto dei principali fluidi geofisici sono spesso
evidenti perturbazioni bidimensionali, esse non sono mai turbolente (un esempio
sono i cicloni); l'impronta della turbolenza è data, invece, dalla presenza di strutture
irregolari tridimensionali;
• è un fenomeno dissipativo:i flussi turbolenti sono sempre dissipativi. Gli sforzi viscosi
compiono lavoro di deformazione che aumenta l'energia interna a spese dell'energia
cinetica posseduta dal fluido stesso; per mantenersi, la turbolenza richiede
quindi una continua fornitura di energia per compensare le perdite dovute
all'azione degli sforzi viscosi. In caso contrario, essa decade rapidamente;
• è un fenomeno continuo: la turbolenza è un fenomeno di tipo macroscopico, governato
quindi dalle leggi della Fluidodinamica. Questa affermazione parrebbe in
contraddizione con la prima delle caratteristiche elencate, tuttavia così non è.
Come sarà più chiaro nel seguito, effettivamente è possibile presentare un apparato
teorico che descriva il moto turbolento di un fluido impiegando le leggi
della Meccanica dei Fluidi, tuttavia la presenza di non linearità in tali leggi da un
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