Dissertations / Theses on the topic 'Fisica dei fluidi'

La fisica dei continui studia sistemi macroscopici nei casi in cui è possibile trascurare la struttura molecolare della materia sia negli aspetti meccanici che in quelli termodinamici. In questa tesi verranno analizzate le cinque leggi di bilancio universalmente valide per tutti i tipi di continui: bilancio della massa, bilancio del momento lineare, bilancio del momento angolare, bilancio dell'energia e disuguaglianza dell'entropia. Queste leggi conducono ad un insieme di equazioni e disequazioni differenziali alle derivate parziali che non sono sufficienti a determinare tutti i campi incogniti presenti in esse. Tale problema viene risolto facendo ricorso a relazioni costitutive di natura fenomenologica e di carattere non universale. Come applicazione verrà introdotto il metodo di Coleman e Noll che, tramite la disequazione dell'entropia, permette di vincolare le relazioni costitutive. Verrà quindi presentato un studio più approfondito dei fluidi newtoniani e verranno derivate le equazioni di Navier-Stokes, che ne reggono il moto. In particolare verranno studiati la dinamica dei fluidi in tipi di condotti diversi e la formazione di vortici in sistemi rotanti dovuta alla accelerazione di Coriolis.

In questa trattazione s'intende presentare un approccio matematico allo studio della fluidodinamica classica basato sul concetto di vorticità. Dopo un breve esame delle equazioni fondamentali per la descrizione dei fluidi, si espone la teoria relativa alla vorticità per flussi regolati dalle equazioni di Eulero. Quindi, si utilizzano i risultati ottenuti al fine di condurre uno studio dei vortex filaments, distribuzioni filiformi di vorticità le cui applicazioni si possono trovare in diversi campi della fisica. Si sviluppano le leggi del moto dei vortex filaments nelle condizioni di LIA (linearized induction approximation) e si presenta la classe di soluzioni stabili dei vortex knots, nodi (toroidali) di vorticità.

2014 - 2015
The present experimental work was born from the need to expand the knowledge on the new type of refrigerant fluids, the HFO, representing the fourth generation of fluorinated refrigerants, born in response to the directives before the Kyoto Protocol and subsequently with the entry into force of the new Regulation in the European field (F-gas Regulation) requiring the reduction of greenhouse gases, including HFCs are also included. The on HFO-based technology offers interesting promises as regards energy efficiency and environmental impact. The primary characteristic of the HFO is the global warming potential (GWP) extremely low. In spite of other fluids, comparable yields of 'R134a are obtainable without significant modifications of' hardware plant, as some of the main thermodynamic properties (boiling point, critical point, the vapor density of the liquid and density) of HFO are very similar to those of R134a. In fact, the knowledge of the chemical-physical properties of a fluid refrigerant is of fundamental importance to be able to properly size the mechanical components used in the reverse cycle of the vapor compression. This allows you to assess whether or not to introduce new fluids on existing plants, and how they might be amended if necessary to make the drop-in. For both fluids and even after the two mixtures were made tests according to UNI ISO 15502 using an experimental system a refrigerating machine samsung RT 59QBPN, energy class A + two compartments, one from 342 liters for fresh food, and that for frozen from 131 l. Three types of tests are identified: pull-down, the endurance tests twenty-four hours at -18 ° C and -26 ° C. At first we have to check the performance of the 'system with R134a .All data were acquired using LabView and analyzed using a MatLab program. Once extracted the main thermodynamic properties of the cycle and performances relating to 'R134a, it was made the drop-in with the then R1234ze with R1234yf, and finally were tested mixtures. Though . performance of 'R1234yf are very similar to those of R134a performance parameters of' HFO1234ze slightly exceed those the traditional R134a, also diminish both the TEWI that 'LCCP, which is why you might think as a valid candidate for a next use in domestic refrigeration systems. Even better the performance following the drop-in first goes to a R134a HFOyf-mixture and subsequently with the R134a-HFOze. In summary, they have obtained for the first mixture a decrease in consumption (≈16%) of TEWI (≈16.5%) and LCCP (≈16%). It remains to evaluate the performance in other types of applications. [edited by author]
XIV n.s.

In questa tesi vengono presentati le leggi fondamentali della meccanica e termodinamica dei mezzi continui. Il capitolo (1), dopo una breve introduzione alla cinematica dei continui, prosegue con la descrizione generale delle equazioni di bilancio e delle relative equazioni di giunzione. Questi concetti verranno sistematicamente applicati nella parte di meccanica nel capitolo (2) e termodinamica nel capitolo (3) per formulare leggi di bilancio della massa, impulso, momento angolare ed energia, valide per ogni mezzo continuo. Viene poi discusso il bilancio dell’entropia che, diversamente dalle altre grandezze principali della meccanica e termodinamica, obbedisce ad una disequazione detta diseguaglianza di Clausius-Duhem, diretta conseguenza del principio di Prigogine. Oltre alle equazioni di bilancio, viene introdotta un’altra classe di relazioni, dette costitutive, che sono di natura fenomenologica e dipendono dal tipo di mezzo considerato. Queste si aggiungono alle equazioni di bilancio cos`ı da formare un sistema di equazioni differenziali in grado di determinare tutti i campi incogniti. Il metodo che presentiamo per risolvere questo sistema di equazioni è quello elaborato originalmente da Coleman e Noll, che utilizza la diseguaglianza di Clausius - Duhem per ricavare i vincoli soddisfatti dai coefficienti che compaiono nelle relazioni costitutive. Nel capitolo (4) sulle applicazioni esponiamo come tale metodologia possa essere implementata nel caso dei fluidi non viscosi, per i quali inoltre proponiamo altre applicazioni di interesse pratico.

Si mostra l’evoluzione di un modello fisico-matematico atto alla ricostruzione dei fussi nell’intera regione Emilia Romagna partendo da due sorgenti di dati: dati sparsi con bassa risoluzione spaziale senza errore e dati distribuiti in tutta la regione con percentuale rispetto alla totalità di autoveicoli ignota. Si descrive l’elaborazione dei dati e l’evoluzione del modello nella sua storicità fino ad ottenere un buon risultato nella ricostruzione dei fussi. Inoltre si procede ad analizzare la natura dei dati e la natura del problema per ottenere una buona soluzione in grado di descrivere il sistema e per essere facilmente estesa ad altre regioni. Dopo aver definito un metodo di validazione si confrontano svariati risultati di modelli differenti mostrando un’evoluzione nella ricerca di un modello che risolva il problema con tempi computazionali accettabili in modo da ottenere un sistema real-time.

All'interno di questo elaborato analizziamo una struttura tipica dei vulcani effusivi: i tubi di lava. Queste strutture possono formarsi a partire dal raffreddamento superficiale di una colata di lava oppure essere già esistenti, perché generate da eruzioni precedenti, ed essere riempite nuovamente. All'interno dei tubi la lava mantiene la sua temperatura più a lungo, come se fosse in un sistema termicamente isolato, per questo motivo i flussi che si trovano all'interno dei tubi di lava riescono a raggiungere distanze molto più grandi rispetto a quelle raggiunte dalle colate libere. Ci soffermiamo in particolare sul modello per la formazione dei tubi attraverso la copertura di un canale, sul modello che schematizza i tubi come cilindri con una sezione trasversale ellittica e sulle anomalie termiche riscontrabili in superficie.

degli elementi vegetali nella dinamica e nella dispersione degli inquinanti nello street canyon urbano. In particolare, è stato analizzata la risposta fluidodinamica di cespugli con altezze diverse e di alberi con porosità e altezza del tronco varianti. Il modello analizzato consiste in due edifici di altezza e larghezza pari ad H e lunghezza di 10H, tra i quali corre una strada in cui sono stati modellizati una sorgente rappresentativa del traffico veicolare e, ai lati, due linee di componenti vegetali. Le simulazioni sono state fatte con ANSYS Fluent, un software di "Computational Fluid Dynamics"(CFD) che ha permesso di modellizare la dinamica dei flussi e di simulare le concentrazioni emesse dalla sorgente di CO posta lungo la strada. Per la simulazione è stato impiegato un modello RANS a chiusura k-epsilon, che permette di parametrizzare i momenti secondi nell'equazione di Navier Stokes per permettere una loro più facile risoluzione. I risultati sono stati espressi in termini di profili di velocità e concentrazione molare di CO, unitamente al calcolo della exchange velocity per quantificare gli scambi tra lo street canyon e l'esterno. Per quanto riguarda l'influenza dell'altezza dei tronchi è stata riscontrata una tendenza non lineare tra di essi e la exchange velocity. Analizzando invece la altezza dei cespugli è stato visto che all'aumentare della loro altezza esiste una relazione univoca con l'abbassamento della exchange velocity. Infine, andando a variare la permeabilità delle chiome degli alberi è stata trovatta una variazione non monotonica che correla la exchange velocity con il parametro C_2, che è stata interpretata attraverso i diversi andamenti dei profili sopravento e sottovento. In conclusione, allo stadio attuale della ricerca presentata in questa tesi, non è ancora possibile correlare direttamente la exchange velocity con alcun parametro analizzato.

Il modello è una raffigurazione concettuale (molto spesso semplificata) del mondo concreto o di una sua parte, capace di spiegarne il funzionamento attraverso una serie di leggi che bene lo rappresentino. Queste leggi descrivono i principi fondamentali di una teoria e non sempre è possibile risolvere appieno in maniera analitica. Quando ciò accade si utilizzano tecniche numeriche per trovarne la soluzione per mezzo di pacchetti software dedicati allo scopo. Lo sviluppo del modello numerico si compone di tre distinte fasi: la prima (preprocessamento) è l’inserimento dei dati di input riguardanti il materiale, le condizioni al contorno del processo da descrivere e la definizione della griglia di risoluzione del dominio spaziale (mesh), la seconda (solutore) è la risoluzione delle equazioni che descrivono il fenomeno e la terza (postprocessamento) è la visualizzazione dei risultati. I modelli sono un semplice inserimento di dati fisici all’interno di un software che li utilizza per fornire un risultato, ma è determinante la qualità dei dati immessi per valorizzare o meno un modello, e la qualità di questi dati si ottiene con metodi di ricerca rigorosi, messi a punto ad hoc per ogni esperienza. Ciò che vuole essere enfatizzata da questa tesi di dottorato è che la modellistica non è semplicemente imparare ad utilizzare un software, che, pur essendo estremamente complesso, sicuramente non prepara al mondo della ricerca. Ed è questo che fa sì che lo sviluppo di un modello porti allo sviluppo e all’apprendimento di tecniche di ricerca nuove, affrontando ogni giorno sfide differenti, attraverso approcci diversi dai classici procedimenti, in modo da ampliare continuamente il bagaglio culturale personale e inserendo una metodologia innovativa e dal sicuro successo accanto a metodiche oramai consolidate. Sono state seguite con questo metodo 5 differenti ricerche, le quali mi hanno fatto affrontare problematiche relative alla loro risoluzione peculiari per ogni ricerca: • Cottura di prodotti da forno; • Supporti di appassimento uve; • Precipitazione tartrarica nel vino; • Trasmissione del calore su una padella; • Sistema di refrigerazione passiva Icepack. La cottura di un prodotto da forno è un processo estremamente complesso, dove una infinità di trasformazioni fisiche, chimiche e biochimiche avvengono. Le caratteristiche fisiche (in particolar modo la diffusività dell’acqua all’interno della matrice del biscotto) sono di difficile definizione, così come le condizioni al contorno (umidità assoluta dell’aria della camera di cottura e coefficiente di conduttanza convettiva). Anche la determinazione della mesh è stata modificata rispetto a quella automatica del software per migliorare la definizione delle grandezze che sono coinvolte. Una volta ottenuto il risultato le differenti visualizzazioni dei risultati hanno permesso di individuare l’evoluzione della temperatura e dell’umidità sia a livello spaziale che a livello temporale. Il modello è stato risolto come un simultaneo trasferimento di massa e di calore, con un infittimento della mesh nell’intorno dei punti dove maggiormente vengono modificate le grandezze. La caratterizzazione della variabili è stata fatta con sperimentazioni od hoc per l’occasione. I diversi supporti per l’appassimento delle uve che sono stati testati hanno caratteristiche completamente differenti, sia da un punto di vista del materiale (plastica, legno, bambù, resine) che da un punto di vista strutturale (cassette di diverse dimensioni e con differenti disegni tra pieno e vuoto). La grossa problematica di questo modello, che si prefiggeva lo scopo di definire il campo di velocità all’interno dei diversi contenitori, è stato definire la geometria migliore per ogni tipo di supporto. Il disegno che rappresenta la cassetta in ogni suo dettaglio risultava essere estremamente complesso e quindi con un numero di gradi di libertà talmente elevato che anche un computer di grande potenza non riusciva a completare l’elaborazione. Il modello, viste le velocità in gioco, è stato risolto ignorando i dettagli delle parti in cui il flusso di aria e la parete risultavano essere parallele. La precipitazione tartarica del vino viene fatta sfruttando i differenti livelli di solubilità in funzione della temperatura. In particolare a una diminuzione della temperatura corrisponde un decremento della solubilità. Questo processo, molto semplice impiantisticamente in quanto è un raffreddamento, è estremamente complesso per il coinvolgimento di molte specie chimiche e fenomeni secondari. Il modello è stato risolto attraverso una serie di modelli non accoppiati, ognuno dei quali si occupa di un aspetto del fenomeno. Il riscaldamento di una padella è una ricerca che è stata eseguita per enfatizzare la difficoltà della modellazione della matrice alimentare. È uno studio a differenti step, a difficoltà crescente che portano alla definizione della cottura di un disco di patata su una padella. Il primo modello riguarda la padella vuota messa a scaldare, e l’errore tra i dati sperimentali e la simulazione è intorno al 4%. Nel secondo è stato aggiunto al primo modello un disco di alluminio con proprietà note, e l’errore è passato al 4.4%. Nel terzo modello il disco di alluminio è stato sostituito con uno di patata, materiale scelto per le molte proprietà note, e l’errore è passato a circa il 22%. L’Icepack è un contenitore di polistirolo con all’interno una busta ermetica piena di acqua congelata. Sfruttando il calore latente di fusione del ghiaccio la temperatura interna del contenitore resta prossima a 0 °C fino al completo scioglimento del ghiaccio. Questo sistema è stato sfruttato per ridurre il calore di campo dai mirtilli appena dopo la raccolta. Il processo è stato semplificato non considerando la convezione interna alla scatola e ipotizzando in un primo momento una geometria più semplice rispetto a quella reale dei mirtilli. Un successivo adattamento del modello ha previsto la definizione di una geometria più simile a quella reale (mirtilli simulati per mezzo di sfere) con un incremento della accuratezza dei risultati.
The model is a conceptual representation (often simplified) of the real world or a its part, able to explain the functioning through a series of laws that represent it. These laws describe the basic principles of a theory and it is not always possible to fully solve it in an analytical way. When this happens it is possible to use numerical techniques to find the solution by means of software packages dedicated to the purpose. The development of the numerical model is composed of three distinct phases: the first (pre-processing) is the insertion of input data concerning the material, the boundary conditions of the process and the definition of the grid of resolution of the spatial domain (mesh) , the second (solver) is the resolution of equations that describe the phenomenon and the third (post-processing) is the visualization of the results. The models are a simple insertion of physical data within a software which uses them to provide a result, but is decisive the quality of the input data for the value or less of a model, and the quality of these data is obtained with rigorous research methods, developed ad hoc for each experience. The emphasis of this thesis is that modeling is not just learning to use a software, which, although extremely complex, definitely not ready for the world of research. The development of a model leading to the development and learning of new research techniques, dealing with different challenges every day, through different approaches from classical procedures, so as to continuously expand the cultural and entering a personal innovative methodology and the successful consolidated methods. There were followed with this method five different studies, which made me deal with problems relating to their specific resolution for each search: • Cooking of bakery products; • Media drying grapes; • Tartaric precipitation in wine; • Heat transfer in a pan; • Cooling system passive Icepack. The baking of a bakery product is an extremely complex process, where an infinite number of transformations physical, chemical and biochemical changes occur. The physical characteristics (particularly the diffusivity of the water within the matrix of the biscuit) are difficult to define, as well as the boundary conditions (absolute humidity of the cooking chamber and heat transfer convective coefficient). The determination of the mesh has been changed from the automatic software to improve the definition of the variables that are involved. Once the equations were solved the different views of the results have allowed us to identify the evolution of the temperature and humidity both spatial and temporally. The model was solved as a simultaneous heat and mass transfer, with a thickening of the mesh in the neighborhood of the points where the variables change more. The characterization of the variables was made with experiments specifically for the occasion. The various supports for the drying of the grapes that have been tested have completely different characteristics, both from a point of view of material (plastic, wood, bamboo, resins) that from a structural point of view (cassettes of different sizes and with different drawings between full and empty spaces). The big issue of this model, which set out the objective of determining the velocity field inside the different containers, has been to define the best geometry for each media type. The drawing representing the cassette in every detail appeared to be extremely complex and therefore with a number of degrees of freedom so high that even a large power computer could not complete the processing. The model, considering the speeds involved, has been resolved by ignoring the details of the parts where the flow of air and the wall appeared to be parallel. Tartaric precipitation of the wine is made by exploiting the different levels of solubility as a function of temperature. In particular to a reduction of the temperature corresponds to a decrease of the solubility. This process, that is a simple cooling, is extremely complex for the involvement of many chemical species and secondary phenomena. The model was solved through a series of models not coupled, each of which deals with one aspect of the phenomenon. The heating of a pan is a search which was performed in order to emphasize the difficulty of modeling the food matrix. It is a study on different steps, in increasing difficulty leading to the definition of the cooking of a disc of potato on a pan. The first model involves the empty pan on a electric heater, and the error between the experimental data and the simulation is around 4%. In the second has been added to the first model an aluminum disk with known properties, and the error is passed to 4.4%. In the third model, the aluminum disk was replaced with a potato disk, the material chosen for the many known properties, and the error is passed to about 22%. The Icepack is a polystyrene box with inside an hermetic case full of frozen water. The latent heat of fusion of ice keeps the internal temperature of the box close to 0 ° C until complete dissolution of ice. This system has been exploited to reduce the heat of the field by blueberries just after harvesting. The process has been simplified without considering the convection inside the box and assuming at first a simpler geometry than that of real blueberries. A subsequent adaptation of the model has provided for the definition of a geometry more similar to the real one (blueberries simulated by means of beads) with an increase of the accuracy of the results.

Ice caves are classified as sporadic permafrost phenomena and consist of lava tubes or cave systems in which perennial ice forms. Ice within caves can be very old and can carry important information on permafrost conditions, climate changes and past climates. Until now, these systems have been investigated mainly with an experimental approach. A critical topic in ice cave studies is the understanding of how the internal environment interacts with the external and how these systems react to changes in the external conditions. In this thesis, a new numerical approach to understand ice cave microclimate is proposed. Numerical studies can contribute greatly to a better understanding of the processes involved in the formation and preservation of the ice in cave. Furthermore, computational fluid dynamic methods can be a valuable support to define new experimental setups and to interpret experimental results. The cave studied in this work is Leupa ice cave, located in Friuli Venezia Giulia region. Air flows inside Leupa ice caves were characterized with an integrated approach using both experimental and numerical methods. A general approach was initially adopted and three representative days were identified to investigate which circulation patterns can develop under different environmental conditions. The comparison of numerical and experimental data permitted to evaluate the quality of the simulations and to identify the main problematics that need to be investigated further. Deeper investigations were then performed for a single day to investigate the temperature and boundary conditions effect on the flow thermo-dynamics inside the cave. New insights on the fluid-dynamic behavior of Leupa ice cave are achieved, showing that numerical methods could represent a powerful tool to study ice caves, improving and integrating the information that could be obtained from standard experimental measurements.

The search for new methods enabling efficient collection of particulate matter and multifactorial analysis in terms of size distribution, elemental composition, and structural identification represents a key-aspect of current efforts in environmental science. In this thesis a significant part of the effort has been devoted to the problem of collection and concentration of airborne particulate matter on a miniaturised custom chip. For this purpose, I applied original nanofabrication approaches derived from nanotechnology to build a special Si3N4 sieve, capable of trapping the airborne micro- and nano-particles on the active region of custom modified free standing TEM membranes. In addition to this, by fabrication of nanophotonic structures on the active surface of chip concentrators, I studied the possibility to achieve co-localised and spatially resolved detection of submicrometric airborne particles, with high resolution and sensitivity. The results demonstrate that with the new prototype it is possible to investigate not only the concentration, size, and shape of collected particles, but also their chemical composition (via EDX spectroscopy) and molecular structure (via Raman spectroscopy).

Nello studio fisico e matematico dei maremoti, l'interazione con la costa, o problema del run-up rappresenta ancora oggi una grande sfida. Da un lato, si tratta forse del problema di maggiore urgenza, in quanto è proprio all'arrivo alla terra ferma che il maremoto causa le maggiori perdite umane e materiali. Dall'altro lato, la formulazione matematica del problema è particolarmente complessa ed alcune caratteristiche del fenomeno non sono ancora ben comprese. In questa tesi viene proposto un metodo di calcolo della posizione della linea di costa in problemi bidimensionali, che suppone di poter applicare le equazioni della fluidodinamica in approssimazione di shallow water lineare. Se la prima di queste ipotesi è sempre utilizzata in questo contesto, questo non vale per la seconda. In generale il problema è non lineare e prevede condizioni al contorno mobili. Nonostante ciò, si può notare un fatto sorprendente: i problemi ai valori iniziali in formulazione lineare e non lineare producono soluzioni con gli stessi punti stazionari. Spesso l'informazione fondamentale che si vuole ottenere è l'estensione dell'area inondata, ovvero il valore massimo del run-up, che sarà previsto quindi correttamente anche in approssimazione lineare. Sulla base di queste considerazioni, viene presentato un modello capace di prevedere l'inondazione su una spiaggia lineare dovuta ad una qualsiasi deformazione del fondale che sia piccola rispetto alla profondità locale del mare. Questo modello è quindi applicabile nel caso di terremoti e frane sottomarine in prossimità della costa. I risultati delle applicazioni sono in accordo con i principali studi analoghi presenti in letteratura. Per questo, il modello è utilizzato per alcuni casi nuovi, ovvero uno studio della dipendenza del run-up massimo dalla magnitudo, in cui le caratteristiche della faglia sono dedotte da leggi di scala, e un nuovo semplice modello per una frana di forma Gaussiana con parametri variabili nel tempo.

En los últimos años el interés hacia el silicio poroso nanoestructurado para el desarrollo de nuevas aplicaciones biomédicas, como pueden ser: biosensores, liberación controlada de fármacos, etc., ha crecido exponencialmente. Los materiales ideales para este tipo de aplicaciones deben ser biocompatibles, biodegradables y biorreabsorbibles dependiendo de su función. el silicio mesoporoso es biodegradable, pero su biocompatibilidad depende de sus propiedades superficiales y de su estructura. Nuestro objeto de estudio ha sido el aumento de la biocompatibilidad del silicio poroso. En particular se ha investigado la interacción "in Vitro" de este material con fluido corporal simulado (FCS), que contiene una composición iónica casi idéntica a la del plasma sanguíneo, con el objetivo de conocer su comportamiento. Posteriormente, se han realizado dos tipos de tratamientos sobre el mismo: de oxidación (Si-O) y de derivatización con acetileno (Si-C), analizando su influencia en el comportamiento del material en FCS. Ambos procesos, ya conocidos en diversas aplicaciones del silicio poroso, han dado lugar a una estabilización en este medio. Además se ha demostrrado que la oxidación electroquímica en ácido fosfórico concentrado del silicio poroso con o sin derivatización, incrementa su bioactividad, asegurando la biocompatibilidad. Los resultados han permitido llegar a obtener capas de hasta 5 um de hidroxiapatito (componente mineral del hueso) sobre la superficie de las muestras, tras un mes de inmersión de las mismas en FCS, lo que es de gran interés en futuras aplicaciones biomédicas que tengan como base este material.
Pastor Galiano, EL. (2008). Contribución al estudio del comportamiento de silicio poroso nano-estructurado en fluidos corporales simulados para el desarrollo de nuevos materiales biocompatibles y biodegradables [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1985
Palancia

L’avvezione, sopra la superficie calda dell'Adriatico, di aria fredda proveniente dai quadranti nord-orientali (Bora), è responsabile dell’intensificazione dei flussi superficiali di calore tra mare ed atmosfera. La conseguente attivazione di moti convettivi genera, nella zona sottovento del bacino, nubi (in alcuni casi disposte a bande) ed intense precipitazioni. Tale fenomeno, noto come Lake-Effect Snow (LES), è stato ampiamente studiato nella regione dei Grandi Laghi americani, dove genera abbondanti nevicate. Sulla base della letteratura scientifica prodotta, si è deciso di verificare, nell’area dell’Adriatico, l’applicabilità e la significatività degli strumenti diagnostici sviluppati, confrontando le peculiarità del fenomeno locale con quanto avviene nella regione dei Grandi Laghi. Particolare attenzione è stata rivolta allo studio dei processi fisici rilevanti per lo sviluppo del LES, in un bacino dalla morfologia particolarmente complessa. A tal fine sono state eseguite simulazioni numeriche ad alta risoluzione di eventi selezionati di Bora anticiclonica, attraverso l’implementazione della catena modellistica BOLAM-MOLOCH. I risultati mostrano che alcuni indici proposti in letteratura sono utili per valutare gli effetti prodotti da tale circolazione. Sono stati, inoltre, effettuati esperimenti numerici di sensibilità ai flussi superficiali e all’altezza dell’orografia (Alpi Dinariche e Appennini). Dalle analisi è emerso che i flussi di calore latente dal mare sono spesso fondamentali nello sviluppo del LES, mentre i flussi superficiali di calore sensibile dal mare riscaldano e rendono instabile la bassa troposfera. Il passaggio dei venti sui pendii delle Alpi Dinariche determina il profilo termo-igrometrico dell’aria che deve attraversare l’Adriatico, con un impatto su distribuzione e intensità delle precipitazioni. La forzatura orografica diretta o indiretta degli Appennini, infine, risulta essere fondamentale per originare nevicate sull’Italia centrale.

Il progetto P.O.W.E.R.E.D. (www.powered-ipa.it) ha avuto come principale obiettivo la definizione di linee guida condivise per il futuro sfruttamento energetico del potenziale eolico del Mare Adriatico. Mediante un modello meteorologico di mesoscala dell’intero bacino Adriatico (implementato nel codice numerico PSU/NCAR MM5v3) è stata effettuata un’analisi di hindcasting delle risorse anemometriche dell’area nel periodo 2009-2011, ampliando lo studio anche agli anni 2008 e 2012, sebbene non richiesto dal progetto. Si è così ottenuta una caratterizzazione di medio termine del potenziale anemometrico di tutta l’area, le cui maggiori risorse anemometriche sono concentrate fra Puglia, Montenegro e Albania: è dunque il basso Adriatico la zona più promettente per la futura installazione di wind farm offshore. La validazione del modello fisico utilizzato nelle analisi di hindcasting richiede il confronto con dati anemometrici acquisiti da stazioni di misura di elevata qualità. Non essendo ancora operativo il network P.O.W.E.R.E.D. di torri anemometriche, i risultati numerici sono stati validati con le osservazioni ricavate da alcune stazioni meteorologiche campione, evidenziando un buon grado di accordo con i dati sperimentali. Tramite un’analisi CFD (Computational Fluid Dynamics), è stata poi accertata la fattibilità tecnica dell’utilizzo di una piattaforma offshore esistente come struttura di supporto di una torre anemometrica da installare in mare aperto, come previsto dalle richieste del progetto. Infine, è stato sviluppato un approccio alla previsione di breve termine (24-48 h) della producibilità energetica di un parco eolico. Il metodo proposto, basato sull’integrazione di un modello fisico (MM5v3) e di reti neurali artificiali (ANN: Artificial Neural Network), è stato testato su una wind farm esistente, confermando la capacità di tale sistema di forecasting di ridurre l’errore associato alla stima dell’energia prodotta dall’impianto.
The P.O.W.E.R.E.D. project (www.powered-ipa.it) has been funded aiming to the definition of shared guidelines for the future development of offshore wind energy in the Adriatic Sea. Several activities have been planned in order to achieve such strategic goal. By means of a mesoscale meteorological model of the whole Adriatic basin (implemented in the numerical code PSU/NCAR MM5v3), has been performed the hindcasting analysis of the regional anemometric resources for the period 2009-2011. Further investigations have been completed for 2008 and 2012, beyond the project’s requirements. The obtained results allowed elaborating a middle term characterization of the wind energy potential in the area: the major wind energy resources are all localized between the coasts of Apulia Region, Montenegro and Albania. Thus, the southern portion of the Adriatic basin appears the most promising area for the future installation of offshore wind farms. The validation of the mesoscale meteorological model requires observed wind data, collected by anemometric stations able to perform high quality wind measurements. Numerical results exhibit a good agreement with observations of some sample stations, awaiting the completion of the P.O.W.E.R.E.D. network of anemometric towers. One of these measuring stations should be of offshore type: a CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis of an existing marine platform proved the technical feasibility of exploiting such type of structures as supporting system of an offshore anemometric tower. Finally, a short-term (24-48 h) wind power forecasting approach has been developed in order to elaborate accurate predictions of the energy production of a wind farm: key features of such method are in the integrated use of a physical model (MM5v3) and ANNs (Artificial Neural Networks). A test case in an existing wind farm confirmed the ability of the proposed hybrid forecasting system to produce accurate wind energy estimations.

Lo studio dell'evaporazione da parte di specchi d'acqua in ambiente urbano può contribuire alla comprensione dei fenomeni micrometeorologici e allo sviluppo di soluzioni per migliorare il comfort delle città. Questo problema è stato affrontato usando una simulazione fluidodinamica di un canyon urbano al cui centro è stato posto un canale d'acqua. Per le simulazioni è stato usato un modello di fluidodinamica computazionale sviluppato usando OpenFOAM. Come approccio numerico è stata usata una large-eddy simulation. Tale approccio ha permesso di simulare l'evoluzione del sistema e di analizzarne le variabili medie e turbolente. Il modello è basato su un solutore fluidodinamico in approssimazione di Boussinesq a cui sono state aggiunte le equazioni di avvezione diffusione del vapore e lo scambio termico provocato dall'evaporazione. Inoltre sono state implementate delle condizioni al contorno che potessero modellizzare l'evaporazione d'acqua dal canale. Il modello è stato validato simulando un canale piano usando diversi modelli di turbolenza. Sono state eseguite due simulazioni del canyon urbano, una prima in cui il canale ha una temperatura maggiore dell'aria circostante, e una seconda in cui la temperatura del canale è inferiore all'aria. In entrambe le simulazioni la presenza del canale ha influenzato fortemente sia le variabili medie che turbolente. L'evaporazione d'acqua dal canale e il conseguente galleggiamento ha portato un aumento dell'intensità della velocità all'interno del canyon. Si è assistito inoltre ad un abbassamento delle temperature su tutto il dominio, in particolare nel caso col canale freddo, all'interno del canyon, si è raggiunto un raffreddamento del 10-20% rispetto alla differenza di temperatura tra il canale e la temperatura ambientale iniziale. Si è inoltre osservato un aumento dell'energia cinetica turbolenta in tutto il dominio, e un aumento di flussi turbolenti di quantità di moto soprattutto all'interfaccia tra il canyon e l'aria esterna.

Atmospheric monthly forecast is intermediate between medium range forecast, an initial value problem, and seasonal forecast, a boundary value problem. The influence of sea surface temperature (SST) on the atmospheric dynamics in the time range of 10-40 days is still not well understood. As a consequence, there is no common approach for the representation of the SST in a monthly prediction system. At ISAC-CNR in Bologna a monthly ensemble forecasting system is run experimentally once a month, based on the GLOBO model. GLOBO is an atmospheric general circulation model developed at ISAC. The evolution of SST is represented by a simple slab ocean model based on surface flux balance with a relaxation term to climatological SST. Recently, a new definition of the slab ocean model which includes a flux correction term has been implemented to improve the SST simulation. It has been tested in parallel with the operational forecast for some months of 2011. The results show that the globally averaged root mean square forecast error of the SST simulated with the new model is slightly larger than the operational one. However, the ensemble spread of the SST predicted with the new model increases significantly and becomes very similar to the observed SST variability, in particular in the Northern Hemisphere. The atmospheric field differences between the new and operational forecasts show that SST has an impact in the second part of the month, especially in the Southern Hemisphere. The ensemble spread of atmospheric parameters shows a slight increase using the new slab model. However, its impact on the anomaly forecast fields is small.

In the present work, the turbulent anabatic flow generated over a uniformly heated slope in neutral stratification is originally studied through a large-eddy simulation (LES) technique. The present study is, to the best of the author's knowledge, the first case of a LES applied to anabatic flows in neutral stratification. The simulation approach is succesfully validated against three data sets: experimental, DNS and theoretical. One of the primary objectives of the study is to characterise the instantaneous turbulent structures triggered by the vertical buoyancy force responsible for the increase the turbulent mixing in the boundary layer. Such structures are hardly detected in both field and laboratory experiments and cannot be reproduced by steady-state numerical simulations. A new expression of the characteristic length scale of the thermal boundary layer is proposed and applied to derive alternative scaling parameters. Three principal regions are detected in the near-surface temperature profiles: a conduction region that contains most of the temperature decrease, a convective region dominated by flow convection and an equilibrium region that is almost not influenced by the heated slope. The newly proposed length scale resulted to be linked to the evolution of instantaneous turbulent structures identified as Rayleigh-Taylor instabilities which are analyzed and described. Their characteristic frequency is determined through a spectral analysis and their geometric dimensions are studied and linked to the extension of the vertical mixing zone inside the convection region. Three simulations are performed at different Rayleigh numbers to understand if there is a critical value above which the anabatic flow results Rayleigh-independent. the sensitivity analysis is carried out concluding that the analyzed flows are not Rayleigh-independent.