Analisi fluidodinamica di un levitatore acustico con Particle Image Velocimetry

Questa tesi tratta la caratterizzazione sperimentale e l’analisi fluidodinamica di TinyLev, un levitatore acustico ad asse singolo non risonante, dotato di due emettitori ultrasonici operanti a 40 kHz. La presenza di due onde acustiche che si propagano in verso opposto permette la formazione di un’onda stazionaria, nei cui nodi è possibile far levitare stabilmente piccoli oggetti. In seguito a una prima analisi del segnale, si è determinato come ampiezza e frequenza, regolabili con l’oscilloscopio digitale Digilent Analog Discovery 3, impattano sul funzionamento del levitatore e sull’intensità del campo acustico, che cala al diminuire della prima. È stata eseguita una mappatura sperimentale del campo acustico in diversi punti di controllo, al variare del voltaggio, confrontando i risultati con quelli ottenuti utilizzando il segnale prodotto da una scheda Arduino. Un’analisi spettrale ha poi permesso di valutare la ripetibilità del segnale generato dall’oscilloscopio. È stato infine realizzato un setup sperimentale per condurre un’analisi PIV (Particle Image Velocimetry) con l’obiettivo di caratterizzare i campi di velocità associati allo streaming acustico relativi alla levitazione di una sfera di polistirolo e di una goccia d’acqua. Le immagini acquisite sono state analizzate inizialmente tramite il software PIVlab e successivamente rielaborate con MATLAB. I risultati ottenuti evidenziano la stretta dipendenza del flusso dalla geometria e dalle caratteristiche fisiche della superficie degli oggetti levitati. Nel caso della goccia d’acqua, infatti, il flusso ne segue la superficie sferica, curvandosi attorno a essa, fenomeno non osservato nel caso del polistirolo, probabilmente a causa della differente geometria dei due oggetti (il secondo non è perfettamente sferico) e delle diverse proprietà fisiche, come la scabrezza della superficie. Questi studi forniscono, dunque, interessanti spunti per ulteriori sviluppi nell’ambito della levitazione acustica.