Moto di un fluido su superfici slippery

Abstract

Questa tesi si propone di studiare il comportamento di un moto fluido su una parete scabra infusa di lubrificante, quantificando la peculiare caratteristica di slittamento che questa classe di superfici presenta e la possibile riduzione di resistenza d’attrito. L’analisi è stata condotta sia per superfici superidrofobiche che per quelle infuse da un lubrificante liquido, comunemente chiamate "LIS". Lo studio è principalmente relativo al moto fluido in regime laminare, ma vengono anche presentati alcuni risultati per il caso turbolento. La prima parte della tesi presenta un approccio teorico alla formulazione del prob- lema, fornendo inoltre una breve panoramica sulla teoria dell’omogeneizzazione asintotica e delle condizioni al contorno effetive adottate. La seconda parte, invece, riporta i risultati ottenuti tramite simulazioni numeriche, i quali mostrano l’influenza che caratteristiche geometriche e perdita di lubrificante hanno sul termine di slittamento λ.

This work aims to investigate the behaviour of a fluid flow over a rough surface infused by a lubricant, by quantifying the slip that these surfaces can produce and the possible reduction in the skin-friction drag. The analysis has been conducted for both superhydrophobic and liquid-infused configurations. The study is mainly concerned with the laminar flow regime, although some results for turbulence are reported and discussed. In the first part of the thesis, a theoretical formulation for the problem is described, providing insights on the application of the asymptotic homogenization theory and the upscaled effective boundary conditions adopted. Later, the Navier-slip length λ is evaluated numerically for surfaces with different geometric features, highlighting the role of lubricant depletion. The consequent effects on the skin-friction drag and on the flow rate through the channel are assessed.