Neutronics analyses for fast spectrum nuclear systems and scenario studies for advanced nuclear fuel cycles

The present PhD thesis summarizes the three-years study about the neutronic investigation of a new concept nuclear reactor aiming at the optimization and the sustainable management of nuclear fuel in a possible European scenario. A new generation nuclear reactor for the nuclear reinassance is indeed desired by the actual industrialized world, both for the solution of the energetic question arising from the continuously growing energy demand together with the corresponding reduction of oil availability, and the environment question for a sustainable energy source free from Long Lived Radioisotopes and therefore geological repositories. Among the Generation IV candidate typologies, the Lead Fast Reactor concept has been pursued, being the one top rated in sustainability. The European Lead-cooled SYstem (ELSY) has been at first investigated. The neutronic analysis of the ELSY core has been performed via deterministic analysis by means of the ERANOS code, in order to retrieve a stable configuration for the overall design of the reactor. Further analyses have been carried out by means of the Monte Carlo general purpose transport code MCNP, in order to check the former one and to define an exact model of the system. An innovative system of absorbers has been conceptualized and designed for both the reactivity compensation and regulation of the core due to cycle swing, as well as for safety in order to guarantee the cold shutdown of the system in case of accident. Aiming at the sustainability of nuclear energy, the steady-state nuclear equilibrium has been investigated and generalized into the definition of the ``extended'' equilibrium state. According to this, the Adiabatic Reactor Theory has been developed, together with a New Paradigm for Nuclear Power: in order to design a reactor that does not exchange with the environment anything valuable (thus the term ``adiabatic''), in the sense of both Plutonium and Minor Actinides, it is required indeed to revert the logical design scheme of nuclear cores, starting from the definition of the equilibrium composition of the fuel and submitting to the latter the whole core design. The New Paradigm has been applied then to the core design of an Adiabatic Lead Fast Reactor complying with the ELSY overall system layout. A complete core characterization has been done in order to asses criticality and power flattening; a preliminary evaluation of the main safety parameters has been also done to verify the viability of the system. Burn up calculations have been then performed in order to investigate the operating cycle for the Adiabatic Lead Fast Reactor; the fuel performances have been therefore extracted and inserted in a more general analysis for an European scenario. The present nuclear reactors fleet has been modeled and its evolution simulated by means of the COSI code in order to investigate the materials fluxes to be managed in the European region. Different plausible scenarios have been identified to forecast the evolution of the European nuclear energy production, including the one involving the introduction of Adiabatic Lead Fast Reactors, and compared to better analyze the advantages introduced by the adoption of new concept reactors. At last, since both ELSY and the ALFR represent new concept systems based upon innovative solutions, the neutronic design of a demonstrator reactor has been carried out: such a system is intended to prove the viability of technology to be implemented in the First-of-a-Kind industrial power plant, with the aim at attesting the general strategy to use, to the largest extent. It was chosen then to base the DEMO design upon a compromise between demonstration of developed technology and testing of emerging technology in order to significantly subserve the purpose of reducing uncertainties about construction and licensing, both validating ELSY/ALFR main features and performances, and to qualify numerical codes and tools.

Sviluppo delle tecnologie del circuito a metallo liquido del modulo di blanket HCLL del reattore a fusione ITER e DEMO

Lo scopo della presente tesi di dottorato è di illustrare il lavoro svolto nella progettazione del circuito a metallo liquido del Test Blanket System (TBS) Helium Cooled Lithium Lead (HCLL), uno dei sistemi fondamentali del reattore sperimentale ITER che dovrà dimostrare la fattibilità di produrre industrialmente energia elettrica da processi di fusione nucleare. Il blanket HCLL costituisce una delle sei configurazioni che verranno testate in ITER, sulla base degli esperimenti condotti nei 10 dieci anni di vita del reattore verrà selezionata la configurazione che determinerà la costituzione del primo reattore dimostrativo per la produzione di un surplus di energia elettrica venti volte superiore all’energia consumata, DEMO. Il circuito ausiliario del blanket HCLL è finalizzato, in DEMO all’estrazione del trizio generato mediante il TES; ed in ITER alla dimostrazione della fattibilità di estrarre il trizio generato e di poter gestire il ciclo del trizio. Lo sviluppo dei componenti, svolto in questa tesi, è accentrato su tale dispositivo, il TES. In tale ambito si inseriscono le attività che sono descritte nei capitoli della seguente tesi di dottorato: selezione e progettazione preliminare del sistema di estrazione del trizio dalla lega eutettica Pb15.7Li del circuito a metallo liquido del TBM HCLL; la progettazione, realizzazione e qualifica dei sensori a permeazione per la misura della concentrazione di trizio nella lega eutettica Pb15.7Li; la qualificazione sperimentale all’interno dell’impianto TRIEX (TRItium EXtarction) della tecnologia selezionata per l’estrazione del trizio dalla lega; la progettazione della diagnostica di misura e controllo del circuito ausiliario del TBM HCLL.

Arte e commercio dell'arte. Le origini delle collezioni della cassa di risparmio in Bologna e il fondo di incisioni carraccesche della raccolta Casati

La ricerca ha mirato a ricostruire storicamente quali furono le motivazioni che, tra la fine del XIX e gli inizi del XX secolo, portarono gli amministratori della Cassa Risparmio in Bologna a progettare la creazione di un Museo d’arte e di Storia della città, delineandone quelli che furono i principali responsabili e protagonisti. Dall’analisi dei documenti conservati presso l’Archivio della Cassa di Risparmio è emerso uno studio approfondito dei protagonisti della politica artistica e culturale dell’Istituto, oltre che dei legami e delle relazioni intessute con le principali istituzioni cittadine. Lo studio si è progressivamente focalizzato su un particolare momento della storia di Bologna, quando, in seguito all’approvazione del Piano Regolatore del 1889, la città fu per oltre un trentennio sottoposta a radicali trasformazioni urbanistiche che ne cambiarono completamente l’aspetto. Tra i personaggi finora ignoti di questa storia è emerso il nome dell’ingegnere Giambattista Comelli, consigliere e vice segretario della banca alla fine del XIX secolo, che per primo, nel 1896, avanzò la proposta di creare un museo dell’Istituto. A differenza di quanto ritenuto sino ad oggi, questo avrebbe dovuto avere, nelle intenzioni originarie, esclusivamente funzione di riunire e mostrare oggetti e documenti inerenti la nascita e lo sviluppo della Cassa di Risparmio. Un museo, dunque, che ne celebrasse l’attività, mostrando alla città come la banca avesse saputo rispondere prontamente e efficacemente, anche nei momenti più critici, alle esigenze dei bolognesi. Personaggio oggi dimenticato, Comelli fu in realtà figura piuttosto nota in ambito cittadino, inserita nei principali sodalizi culturali dell’epoca, tra cui la Regia Deputazione di Storia Patria e il Comitato per Bologna Storico Artistica, assieme a quei Rubbiani, Cavazza e Zucchini, che tanta influenza ebbero, come vedremo in seguito, sugli orientamenti Si dovettero tuttavia aspettare almeno due decenni, affinché l’idea originaria di fondare un Museo della Cassa di Risparmio si evolvesse in un senso più complesso e programmatico. Le ricerche hanno infatti evidenziato che le Raccolte d’Arte della Cassa di Risparmio non avrebbero acquistato l’importanza e la consistenza che oggi ci è dato constatare senza l’intervento decisivo di un personaggio noto fino ad oggi soltanto per i suoi indubbi meriti artistici: Alfredo Baruffi. Impiegato come ragioniere della Cassa fin dai diciotto anni, il Baruffi divenne, una volta pensionato, il “conservatore” delle Collezioni della Cassa di Risparmio. Fu lui a imprimere un nuovo corso all’originaria idea di Comelli, investendo tutte le proprie energie nella raccolta di dipinti, disegni, incisioni, libri, incunaboli, autografi, fotografie e oggetti d’uso quotidiano, col proposito di creare un museo che raccontasse la storia di Bologna e delle sue ultime grandi trasformazioni urbanistiche. Attraverso l’attenta analisi dei documenti cartacei e il raffronto con le opere in collezione è stato quindi possibile ricostruire passo dopo passo la nascita di un progetto culturale di ampia portata. La formazione della raccolta fu fortemente influenzata dalle teorie neomedievaliste di Alfonso Rubbiani, oltre che dalla volontà di salvaguardare, almeno a livello documentario, la memoria storica della Bologna medievale che in quegli anni stava per essere irrimediabilmente cancellata. Le scelte che orientarono la raccolta dei materiali, recentemente confluiti per la maggior parte nelle Collezioni della Fondazione della Cassa di Risparmio in Bologna, acquistano, con questo studio una nuova valenza grazie alla scoperta degli stretti rapporti che Baruffi intrattenne coi principali rappresentanti della cerchia rubbianesca, tra cui Francesco Cavazza, Guido Zucchini e Albano Sorbelli. Con essi Baruffi partecipò infatti a numerosi sodalizi e iniziative quali il Comitato per Bologna Storico Artistica, la “Mostra Bologna che fu” e la società Francesco Francia, che segnarono profondamente l’ambiente culturale cittadino. La portata e la qualità delle scelte condotte da Baruffi nell’acquisto e raccolta dei materiali si rivela ancora oggi, a distanza di quasi un secolo, attenta e mirata per il ruolo documentario che le Raccolte avevano e hanno assunto quali preziose e spesso uniche testimonianze del recente passato cittadino. Esaminata tutta la documentazione inerente la nascita delle Raccolte, la ricerca si è ha successivamente concentrata sulla vicenda di acquisto del fondo delle incisioni carraccesche della collezione Casati. La prima parte del lavoro è consistita nel repertoriare e trascrivere tutti i documenti relativi alla transazione d’acquisto, avvenuta nel 1937, vicenda che per la sua complessità impegnò per molti mesi, in un fitto carteggio, Baruffi, la direzione della Cassa e l’antiquario milanese Cesare Fasella. Il raffronto tra documenti d’archivio, inventari e materiale grafico ha permesso di ricostituire, seppur con qualche margine di incertezza, l’intera collezione Casati, individuando quasi 700 incisioni e 22 dei 23 disegni che la componevano. L’ultima fase di studio ha visto l’inventariazione e la catalogazione delle 700 incisioni. Il catalogo è stato suddiviso per autori, partendo dalle incisioni attribuite con certezza ad Agostino e ai suoi copisti, per poi passare ad Annibale e a Ludovico e ai loro copisti. Le incisioni studiate si sono rivelate tutte di grande qualità. Alcuni esemplari sono inoltre particolarmente significativi dal punto di vista storico-critico, perché mai citati nei tre principali e più recenti repertori di stampe carraccesche. Lo studio si conclude con l’individuazione di una stretta correlazione tra il pensiero e della pratica operatività in qualità di archivista, museografo e opinionista, di un altrettanto decisivo protagonista della ricerca, lo storico dell’arte Corrado Ricci, la cui influenza esercitata nell’ambiente culturale bolognese di quegli anni è già sottolineata nel primo capitolo. La conclusione approfondisce i possibili raporti e legami tra Baruffi e Corrado Ricci i cui interventi attorno alla questione della tutela e della salvaguardia del patrimonio storico, artistico, e paesaggistico italiano furono fondamentali per la nascita di una coscienza artistica e ambientale comune e per il conseguente sviluppo di leggi ad hoc. Numerose furono infatti le occasioni d’incontro tra Baruffi e Ricci. Qesti fu socio onorario del Comitato per Bologna Storico Artistica, nonché, quando era già Direttore Generale delle Belle Arti, presidente della storica mostra “Bologna che fu”. Sia Ricci che Baruffi fecero inoltre parte di quelle iniziative volte alla difesa e alla valorizzazione del paesaggio naturale, inteso anche in un ottica di promozione turistica, che videro la nascita proprio in Emilia Romagna: nel 1889 nasce l’Associazione Pro Montibus et silvis, del 1906 è l’Associazione nazionale per i paesaggi e monumenti pittoreschi, del 1912 è la Lega Nazionale per la protezione dei monumenti naturali. Queste iniziative si concretizzarono con la fondazione a Milano nel 1913 del Comitato Nazionale per la difesa del paesaggio e i monumenti italici, costituitosi presso la sede del Touring Club Italiano. Quelle occasioni d’incontro, come pure gli scritti di Ricci, trovarono certamente un terreno fertile in Baruffi conservatore, che nella formazione delle Collezioni, come pure nelle sua attività di “promotore culturale”, ci appare oggi guidato dalle teorie e dall’esempio pratico dei due numi tutelari: Alfonso Rubbiani e Corrado Ricci. La ricerca di documentazione all’interno di archivi e biblioteche cittadine, ha infine rivelato che il ruolo svolto da Baruffi come “operatore culturale” non fu quello di semplice sodale, ma di vero protagonista della scena bolognese. Soprattutto a partire dal secondo decennio del Novecento, quando fors’anche a seguito della morte del “maestro” Rubbiani, egli divenne uno tra i personaggi più impegnati in iniziative di tutela e promozione del patrimonio artistico cittadino, antico e moderno che fosse, intese a condizionare la progettualità politica e culturale della città. In tale contesto si può ben arguire il ruolo che avrebbero assunto le Collezioni storico artistiche numismatiche, popolaresche, della Cassa di Risparmio, cui Baruffi dedicò tutta la sua carriera successiva.

Analisi numerica della combustione di gas a basso potere calorifico per applicazioni a microturbine a gas

Il presente lavoro si occupa dell’analisi numerica di combustione di gas a basso potere calorifico (gas di sintesi derivanti da pirolisi di biomasse). L’analisi è stata condotta su due principali geometrie di camera di combustione. La prima è un bruciatore sperimentale da laboratorio adatto allo studio delle proprietà di combustione del singas. Esso è introdotto in camera separatamente rispetto ad una corrente d’aria comburente al fine di realizzare una combustione non-premiscelata diffusiva in presenza di swirl. La seconda geometria presa in considerazione è la camera di combustione anulare installata sulla microturbina a gas Elliott TA 80 per la quale si dispone di un modello installato al banco al fine dell’esecuzione di prove sperimentali. I principali obbiettivi conseguiti nello studio sono stati la determinazione numerica del campo di moto a freddo su entrambe le geometrie per poi realizzare simulazioni in combustione mediante l’utilizzo di diversi modelli di combustione. In particolare è stato approfondito lo studio dei modelli steady laminar flamelet ed unsteady flamelet con cui sono state esaminate le distribuzioni di temperatura e delle grandezze tipiche di combustione in camera, confrontando i risultati numerici ottenuti con altri modelli di combustione (Eddy Dissipation ed ED-FR) e con i dati sperimentali a disposizione. Di importanza fondamentale è stata l’analisi delle emissioni inquinanti, realizzata per entrambe le geometrie, che mostra l’entità di tali emissioni e la loro tipologia. Relativamente a questo punto, il maggior interesse si sposta sui risultati ottenuti numericamente nel caso della microturbina, per la quale sono a disposizione misure di emissione ottenute sperimentalmente. Sempre per questa geometria è stato inoltre eseguito il confronto fra microturbina alimentata con singas a confronto con le prestazioni emissive ottenute con il gas naturale. Nel corso dei tre anni, l’esecuzione delle simulazioni e l’analisi critica dei risultati ha suggerito alcuni limiti e semplificazioni eseguite sulle griglie di calcolo realizzate per lo studio numerico. Al fine di eliminare o limitare le semplificazioni o le inesattezze, le geometrie dei combustori e le griglie di calcolo sono state migliorate ed ottimizzate. In merito alle simulazioni realizzate sulla geometria del combustore della microturbina Elliott TA 80 è stata condotta dapprima l’analisi numerica di combustione a pieno carico per poi analizzare le prestazioni ai carichi parziali. Il tutto appoggiandosi a tecniche di simulazione RANS ed ipotizzando alimentazioni a gas naturale e singas derivato da biomasse. Nell’ultimo anno di dottorato è stato dedicato tempo all’approfondimento e allo studio della tecnica Large Eddy Simulation per testarne una applicazione alla geometria del bruciatore sperimentale di laboratorio. In tale simulazione è stato implementato l’SGS model di Smagorinsky-Lilly completo di combustione con modelli flamelet. Dai risultati sono stati estrapolati i profili di temperatura a confronto con i risultati sperimentali e con i risultati RANS. Il tutto in diverse simulazioni a diverso valore del time-step imposto. L’analisi LES, per quanto migliorabile, ha fornito risultati sufficientemente precisi lasciando per il futuro la possibilità di approfondire nuovi modelli adatti all’applicazione diretta sulla MTG.

Edificio-Impianto: ruolo dell'involucro e dell'impiantistica. Miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici attraverso progetti innovativi che anticipano l'applicazione della Direttiva CE 2010/31

La tematica del presente scritto è l’analisi teorico-sperimentale del sistema edificio-impianto, che è funzione delle soluzioni progettuali adottate, dei componenti scelti e del tipo di conduzione prevista. La Direttiva 2010/31/CE sulle prestazioni energetiche degli edifici, entrata in vigore l’8 luglio 2010, pubblicata sulla Gazzetta Europea del 18 giugno 2010, sostituirà, dal 1º febbraio 2012, la direttiva 2002/91/CE. La direttiva prevede che vengano redatti piani nazionali destinati ad aumentare il numero di “edifici a energia quasi zero” e che entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di nuova costruzione dovranno essere “edifici a energia quasi zero”, per gli edifici pubblici questa scadenza è anticipata al 31 dicembre 2018. In questa prospettiva sono stati progettati due “edifici a energia quasi zero”, una villa monofamiliare e un complesso scolastico (scuola dell’infanzia, elementare, media inferiore) attualmente in via di realizzazione, con l’obiettivo principale di fornire un caso studio unico per ogni tipologia in quanto anche modulare e replicabile nella realtà del nostro territorio, che anticipano gli obiettivi fissati dalla Direttiva 2010/31/CE. I risultati ottenibili dai suddetti progetti, esposti nella tesi, sono il frutto di un attenta e proficua progettazione integrata, connubio tra progettazione architettonica ed energetico/impiantistica. La stessa progettazione ha esaminato le tecnologie, i materiali e le soluzioni tecniche “mirate” ai fini del comfort ambientale e di un’elevata prestazione energetica dell’edificio. Inoltre è stato dedicato ampio rilievo alla diagnosi energetica degli edifici esistenti attraverso 4 casi studio, i principali svolti durante i tre anni di dottorato di ricerca, esemplari del patrimonio edilizio italiano. Per ogni caso studio è stata condotta una diagnosi energetica dell’edificio, valutati i risultati e definita la classe energetica, ed in seguito sono stati presi in considerazione i possibili interventi migliorativi sia da un punto di vista qualitativo sia economico tenendo conto degli incentivi statali per l’incremento dell’efficienza energetica.

Processi di morfogenesi delle politiche sociali locali: le sfide della sussidiarietà e della riflessività

La tesi di Martina Visentin, dal titolo “Processi di morfogenesi delle politiche sociali locali: le sfide della sussidiarietà e della riflessività ”, intende analizzare le pratiche di sussidiarietà relative a due progetti di politica familiare nel contesto veneto. La sussidiarietà è intesa come modalità di lavoro entro queste progettualità, strettamente connessa alla riflessività dei servizi che vengono attuati. La tesi è suddivisa nel segente modo. Nela prima parte si esplora la dimensione teorica del principio di sussidiarietà. Tale contestualizzazione è utile per poter arrivare alla dimensione sociologica del concetto e comprendere la portata innovativa dell'attuazione del principio di sussidiarietà. Nella seconda parte si affronta il tema della trasformazione del welfare italiano attraverso lo sguardo dei servizi alla persona. Nello specifico, si evidenzia che, nella realizzazione di tali servizi, la valorizzazione della capacità riflessiva degli attori in gioco non deve mai essere mai essere data per scontata. Pur nella difficoltà e nella consapevolezza che questo implichi l'attuazione di una radicale revisione delle identità, delle funzioni degli attori in gioco (e la conseguente costruzione e riconoscimento di codici propri) e che tale sviluppo è possibile solo entro un quadro di nuova capacità riflessiva. Nella terza parte viene esposto lo studio di casi: I due studi di caso presentati sono: i) il progetto Politiche Familiari del Comune di Montebelluna (Tv) che ha l'obiettivo di promuovere e valorizzare la piena cittadinanza della famiglia; ii) il progetto 'Famiglie in rete', che prevede in tutto il territorio dell' U.l.s.s. n. 8 di Asolo (Tv) la promozione e la creazione di reti di solidarietà tra famiglie. Attraverso di essi si è voluto comprendere come gli attori in gioco debbano cambiare la loro identità e funzione per lavorare sussidiariamente. Infine, nelle conclusioni, vengono esposti i principali risultati della ricerca. Nel tracciare l'emergere di elementi morfostatici e morfogenetici (Archer 1995) si è tentata una valutazione della bontà dei progetti attraverso un'analisi comparativa dei nodi critici e delle potenzialità dei due casi.

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.

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.

L’edilizia residenziale popolare pubblica di Milano nei primi tre decenni del XX secolo

Lo stabilirsi di nuovi criteri abitativi nella Lombardia di fine Ottocento e dei primi decenni del XX secolo, ha fatto emergere, nel vasto tema dell’abitazione popolare, componenti meritevoli di essere analizzate nelle loro differenti declinazioni. Nella ricerca sono quindi stati analizzati: gli studi tipologici di quel periodo, l’impiego di differenti materiali edili, il linguaggio compositivo, le interrelazioni dei manufatti architettonici con il contesto urbano, l’apporto delle cooperative alla realizzazione degli interventi, lo sviluppo e l’impiego della prefabbricazione e la tutela, valorizzazione e trasformazione del patrimonio edilizio esistente. Presupposto di quest’analisi è stata l’ampia ricostruzione storiografica delle fasi germinali e del dibattito ottocentesco sulla casa operaia e popolare, che hanno condotto (all’inizio del novecento) alla creazione dell’Istituto Autonomo Case Popolari od Economiche di Milano. Sono state enucleate anche le principali caratteristiche formali e tecnologiche dell’edilizia residenziale popolare milanese di quel periodo. La ricerca inoltre è stata finalizzata alla definizione di strategie gestionali del patrimonio storiografico esistente (documentario, iconografico e bibliografico) rivolto a una migliore fruizione dei beni architettonici considerati e a supporto di conoscenza per la sua valorizzazione, tutela, trasformazione e recupero. Per questa ragione l’analisi delle fonti documentarie e archivistiche, si è basata sull’indagine di alcuni progetti originari (quasi mai in possesso dell’Aler e parzialmente dispersi in archivi comunali e privati). La ricostruzione del patrimonio storico-visuale dell’edilizia residenziale d’inizio secolo, ha dedicato attenzione anche agli aspetti architettonici e di vita degli spazi comuni, dello stato di conservazione e delle trasformazioni delle strutture originarie. Accanto a questi filoni di indagine è stata sviluppata un’attenta analisi della letteratura esistente, studiando sia la pubblicistica sia la letteratura scientifica coeva alle costruzione e gli studi, anche di grande portata, compiuti nei decenni successivi. L’indagine propone anche una periodizzazione delle fasi realizzative dell’edilizia popolare, relazionandole a contesti architettonici e storiografici di più ampio respiro. Si sono indagate, ad esempio, le ragioni del costituirsi di una forte interdipendenza delle varie realtà sociali urbane e si sono posti a confronto gli elementi prettamente architettonici con il quadro tematico connesso al concetto di modernità. La ricerca non ha neppure trascurato gli studi chiarificatori delle istanze sociali, che hanno trovato particolari riferimenti nelle analisi scientifiche (pubblicate su riviste specialistiche, in qualche caso di difficile reperibilità) o nelle ricerche commissionate dal Comune di Milano nel primo decennio del XX secolo. Grande importanza è stata riposta anche nell’analisi delle delibere comunali (verificate e documentate in modo organico e complessivo) che, a partire dal 1861, trattano il tema dell’impegno pubblico nella realizzazione di edilizia operaia a basso costo.

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.

Le aziende vitivinicole: da “machines à produire” a elementi di attrazione nel paesaggio. Proposte e criteri progettuali per l’efficienza funzionale e la qualità architettonica ed ambientale delle strutture ed infrastrutture della trasformazione enologica.

La ricerca ha per oggetto la messa a punto e applicazione di un approccio metaprogettuale finalizzato alla definizione di criteri di qualità architettonica e paesaggistica nella progettazione di aziende vitivinicole medio-piccole, che effettuano la trasformazione della materia prima, prevalentemente di propria produzione. L’analisi della filiera vitivinicola, della letteratura scientifica, della normativa di settore, di esempi di “architetture del vino eccellenti” hanno esplicitato come prevalentemente vengano indagate cantine industriali ed aspetti connessi con l'innovazione tecnologica delle attrezzature. Soluzioni costruttive e tecnologiche finalizzate alla qualità architettonica ed ambientale, attuali dinamiche riguardanti il turismo enogastronomico, nuove funzionalità aziendali, problematiche legate alla sostenibilità dell’intervento risultano ancora poco esplorate, specialmente con riferimento a piccole e medie aziende vitivinicole. Assunto a riferimento il territorio ed il sistema costruito del Nuovo Circondario Imolese (areale rappresentativo per vocazione ed espressione produttiva del comparto vitivinicolo emiliano-romagnolo) è stato identificato un campione di aziende con produzioni annue non superiori ai 5000 hl. Le analisi svolte sul campione hanno permesso di determinare: modalità di aggregazione funzionale degli spazi costruiti, relazioni esistenti con il paesaggio, aspetti distributivi e materico-costruttivi, dimensioni di massima dei locali funzionali alla produzione. Il caso studio relativo alla riqualificazione di un’azienda rappresentativa del comparto è stato utilizzato per la messa a punto e sperimentazione di criteri di progettazione guidati da valutazioni relative alle prestazioni energetiche, alla qualità architettonica e alla sostenibilità ambientale, economica e paesaggistica. L'analisi costi-benefici (pur non considerando le ricadute positive in termini di benessere degli occupanti ed il guadagno della collettività in termini di danni collegati all’inquinamento che vengono evitati in architetture progettate per garantire qualità ambientale interna ed efficienza energetica) ha esplicitato il ritorno in pochi anni dell’investimento proposto, nonostante gli ancora elevati costi di materiali di qualità e dei componenti per il corretto controllo climatico delle costruzioni.

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.

Componentistica avanzata per Impianti di Combustione a Biomassa

In un quadro internazionale di forte interesse verso uno sviluppo sostenibile e sfide energetiche per il futuro, il DIEM, in collaborazione con altri istituti di ricerca ed imprese private, sta progettando l’integrazione di componentistica avanzata su di una caldaia alimentata a biomasse. Lo scopo finale è quello di realizzare una caldaia a biomasse che produca energia in maniera più efficiente e con un impatto ambientale ridotto. L’applicazione è indirizzata inizialmente verso caldaie di piccola-media taglia (fino a 350 kW termici) vista la larga diffusione di questa tipologia di impianto. La componentistica in oggetto è: - filtro sperimentale ad alta efficienza per la rimozione del particolato; - celle a effetto Seebeck per la produzione di energia elettrica direttamente da energia termica senza parti meccaniche in movimento; - pompa Ogden per la produzione di energia meccanica direttamente da energia termica; La finalità dell’attività di ricerca è la progettazione dell’integrazione dei suddetti dispositivi con una caldaia a biomassa da 290 kW termici per la realizzazione di un prototipo di caldaia stand-alone ad impatto ambientale ridotto: in particolare, la caldaia è in grado, una volta raggiunte le condizioni di regime, di autoalimentare le proprie utenze elettriche, garantendo il funzionamento in sicurezza in caso di black-out o consentendo l’installazione della caldaia medesima in zone remote e prive di allaccio alla rete elettrica. Inoltre, la caldaia può fornire, tramite l'utilizzo di una pompa a vapore o pompa Ogden, energia meccanica per il pompaggio di fluidi: tale opportunità si ritiene particolarmente interessante per l'integrazione della caldaia nel caso di installazione in ambito agricolo. Infine, l'abbinamento di un filtro ad alta efficienza e basso costo consente l'abbattimento delle emissioni inquinanti, favorendo una maggiore diffusione della tecnologia senza ulteriori impatti sull'ambiente.