Littérature scientifique sur le sujet « Griglia di calcolo 3D »

Nell’articolo viene proposto un modello numerico tridimensionale al volume finiti, che viene utilizzato per la simulazione di campi di moto indotti dal mento in corpi idrici con batimetria complessa. I risultati numerici sono confrontati con misure sperimentali. Al fine di verificare gli effetti sul calcolo del campi idrodinamici di alcume ipotesi simplificative, relative alla distribuzione verticale della pressione e degli sforzi di Reynolds, sono stati quindi condotti alcuni test numerici, dai quali si è evidenziato che l’ipotesi di distribuzione idrostatica delle pressioni, cui si fa ricorso nelle approssinazioni di tipo “quasi-3D”, può essere utilizzata per il carcolo del profili verticali della componente di clocità orizaontale ad una certa distanza dalle pereti, ma conduce a risultati poco corrtti in prossimità delle pareti di monte e di valle. Si è inotre verificata l’applicabilità del modello algbrico proposto da Tsanis [23], confrontando il profilo parabolico del coefficiente di viscosità tubolenta assunto da questo mmodello con quello resultante dall’utilizzo del modello K. Tali profili risultano in buon accordo nella maggior parte del dominio considerato, sebbene il modello di Tsanis sobrastimi decisamente le viscosità turbolente in prossimità delle pareti di monte e di valle.

The present PhD project concerns the research field of the applied hydrogeology and the study of complex hydrogeological systems, through the integrated use of computer tools, like database, G.I.S. and 3D models. It fits the last decades developed consciousness of protecting and safeguarding the water resource. According to that, Public Authorities promote the sustainable water use on a long-term protection of available water resources and the detailed investigation of the geological and hydrogeological structure of the subsoil, that influence the resource hydrodynamic behaviour. The main goal of the present project is the 3D detailed quantitative reconstruction of the heterogeneous distribution of the quaternary deposits of the Lombardy plain subsoil and the variation of their hydraulic parameters, beginning with the geostatistical interpolation of georeferenced stratigraphic logs. The study area is the Lombardy plain between the Ticino river to the East, the Oglio river to the West and the Po river to the South. The achieved results were used for developing a ground water flow model in the whole study area, realized by the PhD project of Paola Canepa, and for estimating the amount of fresh water, stocked in the shallow aquifer of the Milano and Monza and Brianza provinces. More than 21000 well data, located in the study area, were collected and stored in a specific database (TANGRAM, Bonomi et al., 1995), where about 8400 georeferenced stratigraphic logs were organized, codified and translated into quantitative percentage values. The database is an useful tool, both in the scientific and the management field. The “acquifero tradizionale” (Martinis & Mazzarella, 1971) was investigated and modelled using 2D (Surfer and Arcgis) and 3D (Gocad) modeler softwares: a 3D grid (more than 520000 active cells) was built according to the size and the shape of the topography surface (DTM, Cnr-Irpi) and of three depositional surfaces (A, B and C, Regione Lombardia & Eni-Divisione Agip, 2002), in order to simulate the whole volume of the aquifer and its geological structure. The interpolation of more than 8400 georeferenced stratigraphic logs inside the grid resulted in a detailed and continuous reconstruction of the heterogeneous distribution of textural and hydrogeological characteristics (hydraulic conductivity and effective porosity), that is consistent with the literature data and previous studies: the sediments size decreases from North to South, South-East, according to the decrement of the transport energy of the main rivers in the study area. It also decreases from the top to the bottom of the hydrogeological system, caused by changes in the depositional environment. The high plain is constituted by permeable sediments, that allow the water exchange among different aquifers; whereas the rise in the thickness of the clay and silt layers obstructs the water exchange in the mid and the low plain. The geological structure and the distribution of the hydraulic parameters (hydraulic conductivity and effective porosity) were directly used for the conceptual groundwater flow model. The 3D interpolation of georeferenced stratigraphic logs was also used to rebuild the distribution of the peat in the study area: this element can be a marker for the geomorphologic study of the Lombardy plain development. The present PhD project also suggests a method to estimate how much water is stocked in the subsoil and the size of the volume of potentially available water, in relation to effective aquifer porosity (the measurement of the amount and the size of subsoil pores), and the spatial and temporal water table changes. This study describes the case of the shallow aquifer of the provinces of Milano and Monza and Brianza, from 1979 to 2005. The applied method relates to the detailed reconstruction of the aquifer geological structure and of the heterogeneous distribution of textural and hydrogeological characteristics (hydraulic conductivity and effective porosity), beginning with a geostatistical correlation among a little less than 3500 stratigraphic logs, stored in the hydrological database, Tangram. It concerns the temporal and spatial reconstruction of the level (m a.s.l.) of the water table too. The 3D reconstruction of effective porosity was combined with piezometric surfaces, resulting in the variability of the zone of saturation (the volume of interstitial water). Then, the final product of this processing provided the volume of potentially available water (about 32 billion m3), according to the variability of percentage classes of effective porosity. However, only the water stocked in coarse and medium size sediments (medium and medium-to-high effective porosity, ≥17%) is available to be pumped out of the aquifer: for the two provinces area this represents about 17 billion m3. The amount of available water in different geographic areas of the two provinces was also been estimated, according to their geomorphologic characteristics and their recharge behaviour: outwash, mid and fluvial terraces, morainic walls, piedmont plain, hydromorphic plain as well as the area of the city of Milan. In conclusion in the present thesis appears two main innovative aspects. The first concerns the 3D reconstruction of the heterogeneous distribution of the Lombardy plain sediments, beginning from codifying and elaborating georeferenced stratigraphy logs: a different hydraulic conductivity value was assigned at each cells of the 3D grid. In this way the strict subdivision into aquifers and aquitards with medium hydraulic conductivity value for each of them is avoid, resulting in an improvement in the achievement of groundwater flow and transport models: the more detailed the geological structure is built and the hydraulic parameters are defined, the better the flow pathlines and the polluted plume are simulated. The second innovative aspect concerns the applied method itself: thanks to computer techniques and tools a large amount of data could be simultaneously managed in a time period shorter than using classical methods.

In questo lavoro di tesi è stato creato uno strumento informatico sviluppato in ambiente MatLab , per il calcolo e la visualizzazione delle traiettorie/linee di flusso del moto di un fluido in un mezzo poroso a partire da simulazioni numeriche ottenute con griglie non strutturate. Il codice sviluppato implementa l’algoritmo proposto da Painter, Gable e Kelkar che, operando in due fasi, prima ricostruisce il campo di velocità del fluido nel dominio indagato e poi calcola le traiettorie. Tale algoritmo permette di agire su griglie non strutturate, dove nessun vincolo è posto riguardo alla forma e al numero di facce degli elementi che la compongono. Il codice prevede che l’utilizzatore fornisca le posizioni iniziali delle particelle di fluido di cui si vuole calcolare le traiettorie e, una volta calcolate, le presenta in forma grafica e le esporta in opportuni file. Il codice crea infatti un file in formato ASCII per ognuna delle traiettorie studiate, in cui è salvata la successione di coordinate costituenti la traiettoria, con relativo tempo di volo e velocità puntuale stimata. Il codice trova applicabilità in un’ampia varietà di contesti, dalla bonifica di siti inquinati alla coltivazione di reservoir petroliferi o geotermici. In particolare questo strumento potrebbe essere di estremo interesse nello specifico ambito della simulazione di reservoir basata sulle linee di flusso (“streamline-based” nella letteratura anglosassone).

Nella presente tesi si accenneranno i benefici dell’energia idroelettrica, che tra le varie fonti di energia rinnovabile è quella che assicura il maggior apporto. Si tratteranno le varie tipologie di impianti e le caratteristiche funzionali delle turbine idrauliche più diffuse nei vari impianti. Si cercherà una metodologia lineare per la progettazione di una girante Francis, turbina molto utilizzata per via dell’elevato rendimento che permette di ottenere nella conversione da energia idraulica ad energia meccanica. La base sulla quale si appoggerà il metodo di progettazione è la similitudine idraulica, uno strumento di fondamentale importanza per lo studio, la progettazione e la verifica di una turbomacchina idraulica. Seguendo la teoria per la progettazione della turbina si passerà nella parte centrale della tesi, la stesura di un codice di calcolo, tramite Matlab, per la progettazione automatica e preliminare della girante, supponendo i dati iniziali, per conoscere il numero caratteristico sulla quale si baserà la progettazione. I valori iniziali possono essere cambiati per vedere i diversi risultati che si ottengono nel cambiare i dati di input. Seguendo la teoria di Bovet si modella il canale meridiano, che sarà il dominio all’interno del quale si dovrà risolvere l’equazione del moto, per trovare le funzioni di corrente di Stokes. Ottenute le quali si può passare al calcolo finale degli angoli sul bordo d’ingresso e sul bordo d’uscita seguendo la teoria monodimensionale. Quest’ultimi saranno poi corretti per tenere conto della natura bidimensionale del problema, ottenendo dei risultati quasi bidimensionali. Infine, si modella la pala e tutta la girante, in modo da ottenere il modellino tridimensionale della girante, come risultato finale del codice di calcolo scritto.

L’attuale necessità nel mondo odierno delle lavorazioni degli ingranaggi riguarda la realizzazione di software di simulazione del processo. Attualmente esistono dei programmi di simulazione agli elementi finiti attuabili a processi convenzionali come tornitura e fresatura e l’obiettivo consiste nell'adattare questi software alle esigenze di processi più complessi come il taglio di ingranaggi mediante coltelli stozzatori e skiving. Il primo passo è strutturare una simulazione cinematica per studiare le geometrie di utensile e ingranaggio. La prima parte dell’elaborato di tesi riguarda, quindi, una descrizione della struttura del software di simulazione cinematica inversa, realizzato durante l’attività di tirocinio, mediante l’utilizzo di Autodesk Inventor, un modellatore 3D. La conseguente validazione consiste nel confronto del profilo dell’utensile ottenuto con i risultati proposti dal programma di progettazione utilizzato dall'azienda ospitante: esito positivo in accordo con quanto riportato in letteratura. Segue un’ampia sezione dedicata allo stato dell’arte relativo alla simulazione di processo mediante metodo agli elementi finiti con approfondimento riguardante i modelli più accreditati per quantificare e calcolare i fenomeni di attrito e usura. Tale interesse nasce dalla necessità di comprendere la fisica di entrambi i fenomeni, da cui dipendono fortemente i risultati della simulazione. Si conclude quindi con una proposta operativa volta all'utilizzo di un software commerciale ed implementare eventualmente i modelli di attrito e usura più utilizzati in letteratura. Si esprime, pertanto, la necessità di calibrare i modelli mediante dei coefficienti strettamente correlati alle condizioni di processo, ottenibili mediante campagna sperimentale.

Thanks to modern high-resolution acquisition techniques, 3D digital representations of real objects are easily made of millions, or even billions, of elements. Processing and analysing such large datasets is often a non trivial task, due to specific software and hardware requirements. Our system allows to process large triangle meshes by exploiting nothing more than a standard Web browser. A graphical interface allows to select among available algorithms and to stack them into complex pipelines, while a central engine manages the overall execution by exploiting both hardware and software provided by a distributed network of servers. As an additional feature, our system allows to store work ows and to make them publicly available. A semantic-driven search mechanism is provided to allow the retrieval of specific work ows. Besides the technological contribution, an innovative mesh transfer protocol avoids possible bottlenecks during the transmission of data across scattered servers. Also, distributed parallel processing is enabled thanks to an innovative divide and conquer approach. A simplification algorithm based on this paradigm proves that the overhead due to data transmission is negligible.

Se si considera la componente fisica del sistema città come espressione materiale dell’insieme dei fenomeni evolutivi dei luoghi, appare evidente come la sua rappresentazione possa essere considerata come sistema di conoscenza generale in grado di manifestare una convergenza di informazioni di natura altamente eterogenea. Le vaste trasformazioni che hanno interessato le città nella storia hanno determinato una evoluzione non solo nelle modifiche morfologiche degli assetti territoriali e nella stratificazione architettonica delle strutture urbane, ma anche nella percezione e fruizione degli spazi urbani. Se si considera l’organizzazione dello spazio urbano come ambito di relazione tra gli uomini, i contributi che provengono dalle fonti bibliografiche, iconografiche e cartografiche in particolare possono consentire la ricostruzione diacronica dei tessuti urbani. Questa ricostruzione è resa possibile dalla lettura delle diverse rappresentazioni che della città sono state date nel tempo, come rappresentazioni iconografiche o pittoriche, talvolta simboliche se non addirittura metaforiche, che consentono di acquisire conoscenze dei luoghi, anche quando presentano uno scarso grado di attendibilità. L’introduzione dell’informatica nel rilevamento e nella rappresentazione cartografica e la realizzazione dei sistemi informativi territoriali hanno aperto nuove possibilità non solo nella realizzazione di database collegati e georeferenziati, che possono contenere una notevole quantità di informazioni di diversa natura progressivamente incrementabili, ma soprattutto rendendo agevoli sia le molteplici interrogazioni sia le successive elaborazioni. Lo sviluppo della cartografia digitale dalla quale si possono derivare direttamente modelli tridimensionali, si pone quindi come punto di partenza per una corretta rappresentazione della complessità del fenomeno urbano e per un ripensamento dello spazio non più sulla base di esplorazioni planimetriche, ma tramite la creazione di modelli virtuali generati in maniera più o meno automatica a partire dalla cartografia stessa. In questo senso, il modello di derivazione cartografica costituisce l’aspetto metrico-quantitativo della rappresentazione della città, aspetto che risulta tanto più esatto, obiettivo e verificabile in quanto ottenuto con strumenti che rendono le misurazioni sufficientemente attendibili. Si tratta dunque di esplorare la cartografia tridimensionale cogliendone le peculiarità e la ricchezza nella restituzione dello spazio urbano, caratteristiche, queste, che suggeriscono immediatamente di tentare di ricostruire con la stessa vivacità rappresentativa anche tutti i trascorsi storici della città o, quanto meno, di alcuni dei suoi momenti topici, con particolare attenzione alle trasformazioni di natura orografica ed edilizia. In questo quadro emergono due distinti aspetti di natura metodologica, l’uno concernente la generazione del modello urbano e le implicazioni tecniche che questo comporta (implementazione di dati, automatismi, studi tipo-morfologici, scala del modello, …), l’altro relativo all’evoluzione della città attraverso il confronto tra modelli cartografici diversi (bi e tridimensionali). La realizzazione di un modello virtuale basato sulla cartografia digitale 3D, che fotografa lo stato attuale della struttura urbana, può rappresentare la griglia tridimensionale di riferimento per una visualizzazione delle trasformazioni spaziali attuata con una procedura che ripercorre a ritroso il cammino della storia. Si tratta di riferire a questa griglia orientata sulla base di capisaldi topografici certi i dati cartografici e iconografici provenienti dalla ricerca storico-documentaria, sulla base della individuazione di elementi invarianti della struttura urbana, come assetti orografici, vuoti urbani o edifici esistenti, etc., che non hanno mutato la loro localizzazione e le loro caratteristiche morfologiche. Così concepito, il modello tridimensionale di derivazione cartografica si caratterizza per la capacità di recepire e valorizzare documenti molto diversi e non necessariamente “scientifici” ai fini di una visualizzazione interattiva della storia del singolo brano di città o del singolo edificio per valutarne le trasformazioni sul piano morfologico e dimensionale, ma anche percettivo.