Bioenergia ed innovazione nelle aree rurali: la valorizzazione energetica della biomassa forestale attraverso un caso studio

Le politiche di promozione e sostegno delle bioenergie sono state predisposte in relazione al raggiungimento di specifici obiettivi quali non sempre facilmente conciliabili: la riduzione delle emissioni di gas clima alteranti; la diminuzione della dipendenza energetica dai combustibili fossili; la creazione di nuove opportunità per le imprese agricole e forestali; il sostegno allo sviluppo rurale. All’interno del dibattito agricolo-economico la tematica delle bio-energie risulta di estrema attualità: ai potenziali vantaggi si contrappongono le critiche nei confronti della loro sostenibilità ambientale, economica e sociale. La bio-energia può però anche essere interpretata come un esempio di innovazione che coinvolge il settore agricolo e le aree rurali. Obiettivo del presente lavoro è infatti quello di proporre una rilettura del tema delle bioenergie attraverso l’approccio alla tematica dell’innovazione sviluppato nell’ambito del progetto europeo In-Sight, il quale parte dal presupposto che qualsiasi cambiamento nel sistema di produzione, di consumo e di distribuzione è in grado di generare innovazione. Tale approccio è stato utilizzato per analizzare il processo innovativo che ha condotto alla realizzazione di un impianto di teleriscaldamento a biomasse legnose in Toscana. Il caso studio dimostra come anche nel caso delle bioenergie gli elementi innovativi vadano oltre al di là del solo aspetto tecnologico.

El Niño southern oscillation and its effect on fog oases along the Peruvian and Chilean coastal deserts

Fog oases, locally named Lomas, are distributed in a fragmented way along the western coast of Chile and Peru (South America) between ~6°S and 30°S following an altitudinal gradient determined by a fog layer. This fragmentation has been attributed to the hyper aridity of the desert. However, periodically climatic events influence the ‘normal seasonality’ of this ecosystem through a higher than average water input that triggers plant responses (e.g. primary productivity and phenology). The impact of the climatic oscillation may vary according to the season (wet/dry). This thesis evaluates the potential effect of climate oscillations, such as El Niño Southern Oscillation (ENSO), through the analysis of vegetation of this ecosystem following different approaches: Chapters two and three show the analysis of fog oasis along the Peruvian and Chilean deserts. The objectives are: 1) to explain the floristic connection of fog oases analysing their taxa composition differences and the phylogenetic affinities among them, 2) to explore the climate variables related to ENSO which likely affect fog production, and the responses of Lomas vegetation (composition, productivity, distribution) to climate patterns during ENSO events. Chapters four and five describe a fog-oasis in southern Peru during the 2008-2010 period. The objectives are: 3) to describe and create a new vegetation map of the Lomas vegetation using remote sensing analysis supported by field survey data, and 4) to identify the vegetation change during the dry season. The first part of our results show that: 1) there are three significantly different groups of Lomas (Northern Peru, Southern Peru, and Chile) with a significant phylogenetic divergence among them. The species composition reveals a latitudinal gradient of plant assemblages. The species origin, growth-forms typologies, and geographic position also reinforce the differences among groups. 2) Contradictory results have emerged from studies of low-cloud anomalies and the fog-collection during El Niño (EN). EN increases water availability in fog oases when fog should be less frequent due to the reduction of low-clouds amount and stratocumulus. Because a minor role of fog during EN is expected, it is likely that measurements of fog-water collection during EN are considering drizzle and fog at the same time. Although recent studies on fog oases have shown some relationship with the ENSO, responses of vegetation have been largely based on descriptive data, the absence of large temporal records limit the establishment of a direct relationship with climatic oscillations. The second part of the results show that: 3) five different classes of different spectral values correspond to the main land cover of Lomas using a Vegetation Index (VI). The study case is characterised by shrubs and trees with variable cover (dense, semi-dense and open). A secondary area is covered by small shrubs where the dominant tree species is not present. The cacti area and the old terraces with open vegetation were not identified with the VI. Agriculture is present in the area. Finally, 4) contrary to the dry season of 2008 and 2009 years, a higher VI was obtained during the dry season of 2010. The VI increased up to three times their average value, showing a clear spectral signal change, which coincided with the ENSO event of that period.

Caratterizzazione tecnica e fisiologica della Muay Thai

La Muay Thai, comunemente detta “Boxe Thailandese” è un'arte marziale che rientra nella classificazione delle attività intermittenti con entrambi i sistemi energetici reclutati, aerobico e anaerobico, è inoltre caratterizzata dal fatto che il combattimento alla distanza si alterna alla lotta, denominata “clinch”. Nonostante la popolarità della Muay Thai, in ambito mondiale, stia progressivamente aumentando così come è in aumento il numero di atleti che la praticano, le ricerche incentrate su questa arte marziale e gli studi relativi agli aggiustamenti cardiometabolici nonché alle modalità temporali con cui gli specifici gesti atletici si possono succedere nel tempo durante un match, sono ancora estremamente esigui. L’oggetto del nostro studio è stato l’analisi della struttura temporale del combattimento, tramite la Match Analysis off line (analisi visiva del combattimento), con comparazione dei dati ottenuti tra il vincitore (winner) e il perdente (loser) e la valutazione dell’andamento di alcuni importanti parametri metabolici attraverso la misurazione del lattato e della HR, durante un incontro reale di Boxe Thailandese. La sperimentazione è stata condotta su un gruppo di dieci soggetti di sesso maschile, praticanti la disciplina ad un alto livello nazionale, la cui media ± deviazione standard (DS), di età, peso e altezza è di 24,6 ±4,01 anni, 69,4 ±7 kg e 174,1 ±4,3 cm. Gli atleti sono stati sottoposti, in due diverse giornate separate da almeno tre giorni, a due test; durante una prima seduta sperimentale preliminare abbiamo determinato il massimo consumo di ossigeno (VO2max) nel corso di un test sul nastro trasportare, con concomitante stima della Soglia anaerobica (SA) e misura della massima frequenza cardiaca (HR max). In una seconda seduta sperimentale abbiamo effettuato i test di combattimento in palestra e infine abbiamo analizzato i video degli incontri attraverso la Match Analysis. Dai risultati della Match - Analysis è scaturito che i vincitori hanno eseguito un numero più elevato di azioni efficaci (p < 0,05) rispetto ai non-vincitori, grazie ad un numero maggiore di combinazioni (C ) e di attacchi singoli (A) e un numero minore di difese (D) e di tecniche inefficaci. È così emerso come il livello delle realizzazioni sia quasi esclusivamente dovuto all’efficacia della tecnica e alla tattica delle azioni. Abbiamo quindi focalizzato la nostra attenzione sul clinch e sulle azioni di attacco perché si ipotizzava che potessero essere attività dispendiose e probabilmente responsabili dell’incremento di lattato durante il combattimento, dall’ analisi dei dati però non è stata riscontrata nessuna significativa correlazione tra l’andamento dei dati metabolici e le fasi di attacco e di lotta. Dai nostri risultati emerge in maniera interessante come durante le fasi attive del combattimento si siano raggiunti alti valori di lattato ematico e di frequenza cardiaca, rispettivamente di 12,55 mmol/L e di 182,68 b/min, ben oltre la SA rilevata nel test incrementale dove la HR si posizionava a 168,2 b/min. In conclusione si evidenzia come la Boxe Thailandese sia una disciplina caratterizzata da un considerevole impegno energetico-metabolico, sia aerobico che anaerobico. La predominanza del metabolismo lattacido è dimostrata dagli elevati valori di lattato osservati nel presente studio e dalla frequenza degli attacchi (8,6 ± 3,5 sec.). Questo studio potrà essere utilizzato dagli allenatori per la predisposizione di allenamenti specifici che inducano gli adattamenti propri della Muay Thai.

Dynamic thermal performance of building components and application to the experimental and theoretical analysis of a ventilated façade

The general aim of this work is to contribute to the energy performance assessment of ventilated façades by the simultaneous use of experimental data and numerical simulations. A significant amount of experimental work was done on different types of ventilated façades with natural ventilation. The measurements were taken on a test building. The external walls of this tower are rainscreen ventilated façades. Ventilation grills are located at the top and at the bottom of the tower. In this work the modelling of the test building using a dynamic thermal simulation program (ESP-r) is presented and the main results discussed. In order to investigate the best summer thermal performance of rainscreen ventilated skin façade a study for different setups of rainscreen walls was made. In particular, influences of ventilation grills, air cavity thickness, skin colour, skin material, orientation of façade were investigated. It is shown that some types of rainscreen ventilated façade typologies are capable of lowering the cooling energy demand of a few percent points.

Impatti dell'adozione di standard privati nel sistema agroalimentare: il caso del BRC Global Standard for Food Safety in Italia

L’argomento scelto riguarda l’adozione di standard privati da parte di imprese agro-alimentari e le loro conseguenze sulla gestione globale dell’azienda. In particolare, lo scopo di questo lavoro è quello di valutare le implicazioni dovute all’adozione del BRC Global Standard for Food Safety da parte delle imprese agro-alimentari italiane. La valutazione di tale impatto è basata sulle percezioni dei responsabili aziendali in merito ad aspetti economici, gestionali, commerciali, qualitativi, organizzativi. La ricerca ha seguito due passaggi fondamentali: innanzitutto sono state condotte 7 interviste in profondità con i Responsabili Qualità (RQ) di aziende agro-alimentari italiane certificate BRC Food. Le variabili estrapolate dall’analisi qualitativa del contenuto delle interviste sono state inserite, insieme a quelle rilevate in letteratura, nel questionario creato per la successiva survey. Il questionario è stato inviato tramite e-mail e con supporto telefonico ad un campione di aziende selezionato tramite campionamento random. Dopo un periodo di rilevazione prestabilito, sono stati compilati 192 questionari. L’analisi descrittiva dei dati mostra che i RQ sono in buona parte d’accordo con le affermazioni riguardanti gli elementi d’impatto. Le affermazioni maggiormente condivise riguardano: efficienza del sistema HACCP, efficienza del sistema di rintracciabilità, procedure di controllo, formazione del personale, miglior gestione delle urgenze e non conformità, miglior implementazione e comprensione di altri sistemi di gestione certificati. Attraverso l’analisi ANOVA fra variabili qualitative e quantitative e relativo test F emerge che alcune caratteristiche delle aziende, come l’area geografica, la dimensione aziendale, la categoria di appartenenza e il tipo di situazione nei confronti della ISO 9001 possono influenzare differentemente le opinioni degli intervistati. Successivamente attraverso un’analisi fattoriale sono stati estratti 8 fattori partendo da un numero iniziale di 28 variabili. Sulla base dei fattori è stata applicata la cluster analysis di tipo gerarchico che ha portato alla segmentazione del campione in 5 gruppi diversi. Ogni gruppo è stato interpretato sulla base di un profilo determinato dal posizionamento nei confronti dei vari fattori. I risultati oltre ad essere stati validati attraverso focus group effettuati con ricercatori ed operatori del settore, sono stati supportati anche da una successiva indagine qualitativa condotta presso 4 grandi retailer inglesi. Lo scopo di questa successiva indagine è stato quello di valutare l’esistenza di opinioni divergenti nei confronti dei fornitori che andasse quindi a sostenere l’ipotesi di un problema di asimmetria informativa che nonostante la presenza di standard privati ancora sussiste nelle principali relazioni contrattuali. Ulteriori percorsi di ricerca potrebbero stimare se la valutazione dell’impatto del BRC può aiutare le aziende di trasformazione nell’implementazione di altri standard di qualità e valutare quali variabili possono influenzare invece le percezioni in termini di costi dell’adozione dello standard.

Dentro la struttura

Lo svolgimento della tesi segue la falsariga del discorso tenuto da Pier Luigi Nervi a Torino nel maggio 1961 al momento dell’inaugurazione del Palazzo del Lavoro. In quell’occasione egli illustra la concezione strutturale del suo edificio, realizzato attraverso l’accostamento di 16 elementi autoportanti e indipendenti (ciascuno costituito da un grande pilastro in cemento armato a sezione variabile - da cruciforme a circolare - e da una piastra metallica di copertura) che gli permettono di coprire uno spazio di 25.000 mq come richiesto dal bando di concorso. Nel descrivere le varie parti dell’edificio e le modalità con cui si sono susseguite le differenti lavorazioni (attraverso fasi di cantiere attentamente pianificate), Nervi omette un particolare interessante. Esaminando i disegni esecutivi dell’opera si rileva che all’interno di ogni pilastro è presente una cavità che permette di percorrerlo dalla base fino alla sommità. Ad una prima osservazione questi ‘cunicoli nascosti’ ricordano quelli ricavati nelle spesse murature delle cattedrali romaniche o gotiche, all’interno delle quali si trovano scale a chiocciola che collegano la cripta alla copertura o alle intercapedini del sottotetto. Come per le cattedrali del passato, anche nel Palazzo del Lavoro la creazione di uno spazio praticabile interno alla struttura risponde a più requisiti: funzionale (la manutenzione dei pluviali e delle coperture), costruttivo (la riduzione del peso proprio della struttura) ed economico (il risparmio del materiale). Nervi considera probabilmente questo dettaglio costruttivo un aspetto tecnico di minore importanza, appartenente cioè ad una dimensione ordinaria del proprio lavoro. Eppure, lo spazio ricavato all’interno del pilastro non coinvolge aspetti esclusivamente tecnici, ma sembra piuttosto nascere da una chiara visione progettuale che insegue un’idea di architettura, di unità, di organicità, di ‘servizio’ e di etica del mestiere. Dall’osservazione dell’edificio e della documentazione di progetto se ne ricava infatti una differente considerazione: lo scavo del pilastro non costituisce un aspetto secondario e, viste le implicazioni di carattere spaziale che introduce, merita di essere compreso e approfondito alla luce dell’intera opera di Nervi.

Tecniche MonteCarlo per l'analisi di sistemi a rete

The assessment of the RAMS (Reliability, Availability, Maintainability and Safety) performances of system generally includes the evaluations of the “Importance” of its components and/or of the basic parameters of the model through the use of the Importance Measures. The analytical equations proposed in this study allow the estimation of the first order Differential Importance Measure on the basis of the Birnbaum measures of components, under the hypothesis of uniform percentage changes of parameters. The aging phenomena are introduced into the model by assuming exponential-linear or Weibull distributions for the failure probabilities. An algorithm based on a combination of MonteCarlo simulation and Cellular Automata is applied in order to evaluate the performance of a networked system, made up of source nodes, user nodes and directed edges subjected to failure and repair. Importance Sampling techniques are used for the estimation of the first and total order Differential Importance Measures through only one simulation of the system “operational life”. All the output variables are computed contemporaneously on the basis of the same sequence of the involved components, event types (failure or repair) and transition times. The failure/repair probabilities are forced to be the same for all components; the transition times are sampled from the unbiased probability distributions or it can be also forced, for instance, by assuring the occurrence of at least a failure within the system operational life. The algorithm allows considering different types of maintenance actions: corrective maintenance that can be performed either immediately upon the component failure or upon finding that the component has failed for hidden failures that are not detected until an inspection; and preventive maintenance, that can be performed upon a fixed interval. It is possible to use a restoration factor to determine the age of the component after a repair or any other maintenance action.

Venezia e il riscatto degli schiavi in Età Moderna, secc. XVI-XVIII

Lo scopo del lavoro è di seguire, attraverso la disamina di fonti edite e inedite, le particolarità che, in età moderna, caratterizzarono la “via veneziana” al riscatto dei sudditi veneti che fossero detenuti a vario titolo dai “turchi”, e soprattutto dagli stati «barbareschi» della costa settentrionale africana. In particolare, lo studio si propone di concentrarsi sull'azione dei Provveditori sopra ospedali e luoghi pii. Tale magistratura, formata da tre patrizi ed esistente fin dal 1561 per tutelare gli ospedali maggiori veneziani e le molte altre istituzioni di ricovero esistenti in città, e nel contempo vigilare sulla loro corretta gestione amministrativa ed economica, dal 1588 e fino alla caduta della Repubblica nel 1797 fu incaricata anche del riscatto, aggiungendo quindi alla propria precedente denominazione la formula e al riscatto degli schiavi. A un organo dello Stato veniva dunque assegnata una funzione di controllo e superiore organizzazione, volta ad evitare il disperdersi delle sollecitate donazioni private ed un’eventuale scorretta gestione delle stesse. Il lavoro si focalizza poi sulle modalità con cui avveniva materialmente il riscatto dei sudditi veneti, o “esteri” ma al servizio veneto, che versassero in una condizione di bisogno, seguendo l'azione degli intermediari (spesso mercanti, cristiani o ebrei, o consoli di varie nazioni) che vivevano o si recavano nel territorio delle Reggenze nordafricane e contrattavano il prezzo necessario. Infine la ricerca, concentrandosi sul XVIII secolo, mira a valutare il quadro dei rapporti tra il governo veneziano, la Scuola veneziana della Trinità, dedita al riscatto, e i padri Trinitari, stabilitisi nel 1723 negli Stati veneti. Solo abbastanza tardi, infatti, e per un limitato arco di anni (fino al 1735), anche Venezia, sulla scorta di quanto da tempo praticato da altre potenze europee, decise – per ragioni principalmente di risparmio – di affidarsi per la gestione delle operazioni di riscatto ai religiosi.

Ingegneria di Manutenzione

Lo scopo di questa tesi di dottorato di ricerca consiste nel fornire la giusta collocazione della manutenzione fra le discipline dell'ingegneria, raccogliendo e formalizzando le metodologie di analisi di affidabilità e di pianificazione degli interventi all'interno di un unico processo di progettazione e di controllo. In linea di principio, un processo di analisi dei guasti e di programmazione della manutenzione deve essere in grado di fornire chiare e sicure risposte ai seguenti interrogativi: Quali sono le funzioni richieste e con quali criteri di prestazioni il sistema è chiamato ad assolverle? Qual'è l'andamento della disponibilità del sistema in funzione del tempo? Quanti guasti e di quale tipo si possono verificare durante la vita del sistema? Quali possono essere le conseguenze che ledono la sicurezza e la protezione ambientale? Quanti pezzi di ricambio sono necessari? Che tipo di interventi di manutenzione preventiva risultano tecnicamente fattibili? A quali scadenze devono essere programmati? A quanto ammonta la previsione del costo di esercizio del sistema? Quante squadre di manutenzione devono essere assegnate al sistema? Come deve essere organizzata la logistica di manutenzione? Con quali tecniche si prevede di riconoscere i guasti e quali procedure devono essere attivate per farvi fronte? E' possibile implementare tecniche di `condition monitoring' delle macchine? Su quali tempi di preavviso sui guasti si può contare? In tal senso, la manutenzione necessita delle tecniche e degli opportuni strumenti che siano in grado di misurarne l'efficacia e l'efficienza. L'efficacia in primo luogo, in quanto l'obiettivo principe consiste nel garantire che il sistema oggetto di studio continui a svolgere le proprie funzioni nei limiti di prestazioni accettabili, secondo le specifiche richieste degli utilizzatori. L'efficienza in secondo luogo, ma non per questo di minore importanza, in quanto perseguendo l'obiettivo di cui sopra, occorre impegnare il minimo di risorse possibili, organizzando con razionalità il supporto logistico del sistema al fine di raggiungere i massimi livelli di rendimento di gestione. La migliore strategia di manutenzione può essere pianificata, a priori, solo se si è in grado di prevedere con la necessaria precisione l'evoluzione del sistema nel suo contesto operativo futuro. E' allora possibile formulare un modello matematico del sistema, studiarne la dinamica ed osservare le reazioni alla simulazione di eventuali stimoli esterni. I metodi ed i modelli noti dell'ingegneria dei sistemi possono essere molto utili per la risoluzione di casi semplici, ma sovente richiedono la formulazione di ipotesi troppo restrittive che aumentano in modo inaccettabile la distanza del modello dalla realtà. Una strada alternativa ed affascinante, che ho percorso con entusiasmo durante questi tre anni di studi e ricerca, consiste nella simulazione numerica della vita del sistema, utilizzando il metodo Monte Carlo per la gestione dei processi stocastici di guasto e per l'esecuzione degli interventi di manutenzione. Ho quindi messo a punto il codice di simulazione RAMSES, perseguendo l'idea di costruire uno strumento di misura dell'efficacia e dell'efficienza di una politica di manutenzione simulata al calcolatore. Nella tesi si presentano i concetti di base dell'ingegneria dei sistemi applicata al caso della manutenzione e si introduce il formalismo della Reliability Centred Maintenance come miglior guida nella pianificazione delle schede di manutenzione. Si introducono le nozioni di base per fornire una struttura solida e corretta alla simulazione numerica dei sistemi riparabili e si presenta il codice RAMSES corredando le informazioni tecniche con i dovuti esempi ed applicazioni pratiche. Si conclude il lavoro, infine, con la presentazione di un modello di massima verosimiglianza particolarmente utile per le analisi dei dati sperimentali di guasto dei componenti.

Immunohistochemical and Molecular Prognostic/Predictive Markers in Neoplastic Diseases

Traditional morphological examinations are not anymore sufficient for a complete evaluation of tumoral tissue and the use of neoplastic markers is of utmost importance. Neoplastic markers can be classified in: diagnostic, prognostic and predictive markers. Three markers were analyzed. 1) Insulin-like growth factor binding protein 2 (IGFBP2) was immunohistochemically examined in prostatic tissues: 40 radical prostatectomies from hormonally untreated patients with their preoperative biopsies, 10 radical prostatectomies from patients under complete androgen ablation before surgery and 10 simple prostatectomies from patients with bladder outlet obstruction. Results were compared with α-methylacyl-CoA racemase (AMACR). IGFBP2 was expressed in the cytoplasm of untreated adenocarcinomas and, to a lesser extent, in HG-PIN; the expression was markedly lower in patients after complete androgen ablation. AMACR was similarly expressed in both adenocarcinoma and HG-PIN, the level being similar in both lesions; the expression was slightly lower in patients after complete androgen ablation. IGFBP2 may be used a diagnostic marker of prostatic adenocarcinomas. 2) Heparan surface proteoglycan immunohistochemical expression was examined in 150 oral squamous cell carcinomas. Follow up information was available in 93 patients (range: 6-34 months, mean: 19±7). After surgery, chemotherapy was performed in 8 patients and radiotherapy in 61 patients. Multivariate and univariate overall survival analyses showed that high expression of syndecan-1 (SYN-1) was associated with a poor prognosis. In patients treated with radiotherapy, such association was higher. SYN-1 is a prognostic marker in oral squamous cell carcinomas; it may also represent a predictive factor for responsiveness to radiotherapy. 3) EGFR was studied in 33 pulmonary adenocarcinomas with traditional DNA sequencing methods and with two mutation-specific antibodies. Overall, the two antibodies had 61.1% sensitivity and 100% specificity in detecting EGFR mutations. EGFR mutation-specific antibodies may represent a predictive marker to identify patients candidate to tyrosine kinase inhibitors therapy.

Fluidodinamica biomedica computazionale del flusso sanguigno in presenza di affezioni strumentali e/o patologiche

La tesi di Dottorato studia il flusso sanguigno tramite un codice agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics). Nell’arteria è presente un catetere Doppler (in posizione concentrica o decentrata rispetto all’asse di simmetria) o di stenosi di varia forma ed estensione. Le arterie sono solidi cilindrici rigidi, elastici o iperelastici. Le arterie hanno diametri di 6 mm, 5 mm, 4 mm e 2 mm. Il flusso ematico è in regime laminare stazionario e transitorio, ed il sangue è un fluido non-Newtoniano di Casson, modificato secondo la formulazione di Gonzales & Moraga. Le analisi numeriche sono realizzate in domini tridimensionali e bidimensionali, in quest’ultimo caso analizzando l’interazione fluido-strutturale. Nei casi tridimensionali, le arterie (simulazioni fluidodinamiche) sono infinitamente rigide: ricavato il campo di pressione si procede quindi all’analisi strutturale, per determinare le variazioni di sezione e la permanenza del disturbo sul flusso. La portata sanguigna è determinata nei casi tridimensionali con catetere individuando tre valori (massimo, minimo e medio); mentre per i casi 2D e tridimensionali con arterie stenotiche la legge di pressione riproduce l’impulso ematico. La mesh è triangolare (2D) o tetraedrica (3D), infittita alla parete ed a valle dell’ostacolo, per catturare le ricircolazioni. Alla tesi sono allegate due appendici, che studiano con codici CFD la trasmissione del calore in microcanali e l’ evaporazione di gocce d’acqua in sistemi non confinati. La fluidodinamica nei microcanali è analoga all’emodinamica nei capillari. Il metodo Euleriano-Lagrangiano (simulazioni dell’evaporazione) schematizza la natura mista del sangue. La parte inerente ai microcanali analizza il transitorio a seguito dell’applicazione di un flusso termico variabile nel tempo, variando velocità in ingresso e dimensioni del microcanale. L’indagine sull’evaporazione di gocce è un’analisi parametrica in 3D, che esamina il peso del singolo parametro (temperatura esterna, diametro iniziale, umidità relativa, velocità iniziale, coefficiente di diffusione) per individuare quello che influenza maggiormente il fenomeno.

CFD modeling of two-phase boiling flows in the slug flow regime with an interface capturing technique

The objective of this thesis was to improve the commercial CFD software Ansys Fluent to obtain a tool able to perform accurate simulations of flow boiling in the slug flow regime. The achievement of a reliable numerical framework allows a better understanding of the bubble and flow dynamics induced by the evaporation and makes possible the prediction of the wall heat transfer trends. In order to save computational time, the flow is modeled with an axisymmetrical formulation. Vapor and liquid phases are treated as incompressible and in laminar flow. By means of a single fluid approach, the flow equations are written as for a single phase flow, but discontinuities at the interface and interfacial effects need to be accounted for and discretized properly. Ansys Fluent provides a Volume Of Fluid technique to advect the interface and to map the discontinuous fluid properties throughout the flow domain. The interfacial effects are dominant in the boiling slug flow and the accuracy of their estimation is fundamental for the reliability of the solver. Self-implemented functions, developed ad-hoc, are introduced within the numerical code to compute the surface tension force and the rates of mass and energy exchange at the interface related to the evaporation. Several validation benchmarks assess the better performances of the improved software. Various adiabatic configurations are simulated in order to test the capability of the numerical framework in modeling actual flows and the comparison with experimental results is very positive. The simulation of a single evaporating bubble underlines the dominant effect on the global heat transfer rate of the local transient heat convection in the liquid after the bubble transit. The simulation of multiple evaporating bubbles flowing in sequence shows that their mutual influence can strongly enhance the heat transfer coefficient, up to twice the single phase flow value.

Sviluppo di sperimentazioni per la produzione di getti in lega di alluminio a caratteristiche difettologiche e microstrutturali controllate, per la validazione di modelli di previsione delle porosità

Nei processi di progettazione e produzione tramite tecnologie di colata di componenti in alluminio ad elevate prestazioni, risulta fondamentale poter prevedere la presenza e la quantità di difetti correlabili a design non corretti e a determinate condizioni di processo. Fra le difettologie più comuni di un getto in alluminio, le porosità con dimensioni di decine o centinaia di m, note come microporosità, hanno un impatto estremamente negativo sulle caratteristiche meccaniche, sia statiche che a fatica. In questo lavoro, dopo un’adeguata analisi bibliografica, sono state progettate e messe a punto attrezzature e procedure sperimentali che permettessero la produzione di materiale a difettologia e microstruttura differenziata, a partire da condizioni di processo note ed accuratamente misurabili, che riproducessero la variabilità delle stesse nell’ambito della reale produzione di componenti fusi. Tutte le attività di progettazione delle sperimentazioni, sono state coadiuvate dall’ausilio di software di simulazione del processo fusorio che hanno a loro volta beneficiato di tarature e validazioni sperimentali ad hoc. L’apparato sperimentale ha dimostrato la propria efficacia nella produzione di materiale a microstruttura e difettologia differenziata, in maniera robusta e ripetibile. Utilizzando i risultati sperimentali ottenuti, si è svolta la validazione di un modello numerico di previsione delle porosità da ritiro e gas, ritenuto ad oggi allo stato dell’arte e già implementato in alcuni codici commerciali di simulazione del processo fusorio. I risultati numerici e sperimentali, una volta comparati, hanno evidenziato una buona accuratezza del modello numerico nella previsione delle difettologie sia in termini di ordini di grandezza che di gradienti della porosità nei getti realizzati.