Meccanismi di formazione dei tubi di lava

Two analytical models are proposed to describe two different mechanisms of lava tubes formation. A first model is introduced to describe the development of a solid crust in the central region of the channel, and the formation of a tube when crust widens until it reaches the leve\'es. The Newtonian assumption is considered and the steady state Navier- Stokes equation in a rectangular conduit is solved. A constant heat flux density assigned at the upper flow surface resumes the combined effects of two thermal processes: radiation and convection into the atmosphere. Advective terms are also included, by the introduction of velocity into the expression of temperature. Velocity is calculated as an average value over the channel width, so that lateral variations of temperature are neglected. As long as the upper flow surface cools, a solid layer develops, described as a plastic body, having a resistance to shear deformation. If the applied shear stress exceeds this resistance, crust breaks, otherwise, solid fragments present at the flow surface can weld together forming a continuous roof, as it happens in the sidewall flow regions. Variations of channel width, ground slope and effusion rate are analyzed, as parameters that strongly affect the shear stress values. Crust growing is favored when the channel widens, and tube formation is possible when the ground slope or the effusion rate reduce. A comparison of results is successfully made with data obtained from the analysis of pictures of actual flows. The second model describes the formation of a stable, well defined crust along both channel sides, their growing towards the center and their welding to form the tube roof. The fluid motion is described as in the model above. Thermal budget takes into account conduction into the atmosphere, and advection is included considering the velocity depending both on depth and channel width. The solidified crust has a non uniform thickness along the channel width. Stresses acting on the crust are calculated using the equations of the elastic thin plate, pinned at its ends. The model allows to calculate the distance where crust thickness is able to resist the drag of the underlying fluid and to sustain its weight by itself, and the level of the fluid can lower below the tube roof. Viscosity and thermal conductivity have been experimentally investigated through the use of a rotational viscosimeter. Analyzing samples coming from Mount Etna (2002) the following results have been obtained: the fluid is Newtonian and the thermal conductivity is constant in a range of temperature above the liquidus. For lower temperature, the fluid becomes non homogeneous, and the used experimental techniques are not able to detect any properties, because measurements are not reproducible.

Effetti idrodinamici prodotti dal costume tecnico sul nuotatore

L’introduzione dei costumi tecnici nel nuoto ha portato miglioramenti senza precedenti sulla prestazione. I miglioramenti nella velocità di nuoto sono stati attribuiti dalla letteratura a riduzioni nelle resistenze idrodinamiche sul nuotatore. Tuttavia, gli effetti specifici dovuti all’utilizzo di questo tipo di costume non sono ancora completamente chiariti. Questa tesi aveva l’obiettivo di indagare gli effetti del costume tecnico sul galleggiamento statico, sulla posizione del corpo e sulla resistenza idrodinamica in avanzamento passivo. Nello studio preliminare sono stati misurati la spinta idrostatica, i volumi polmonari dinamici e la circonferenza toracica di 9 nuotatori che indossavano un costume tradizionale o un costume tecnico in gomma sintetica. Indossare il costume tecnico ha determinato una riduzione significativa del galleggiamento statico, e la compressione toracica causata da questo tipo di costume potrebbe avere una relazione con la significativa riduzione dei volumi polmonari misurati quando il nuotatore indossa questo tipo di costume. Un successiva analisi prevedeva il traino passivo di 14 nuotatori che mantenevano la miglior posizione idrodinamica di scivolamento indossando un costume tradizionale, tecnico in tessuto e tecnico in gomma. La posizione del corpo in avanzamento è stata misurata con un’analisi cinematica. La resistenza passiva indossando i costumi tecnici è risultata significativamente minore per entrambi i costumi tecnici rispetto alla prova con costume tradizionale. L’analisi condotta attraverso modelli di regressione lineari ha mostrato che una parte della riduzione della resistenza passiva era legata a proprietà intrinseche dei costumi tecnici. Tuttavia, anche l’area di impatto frontale determinata dall’inclinazione del tronco del soggetto in scivolamento e l’inclinazione degli arti inferiori hanno mostrato una marcata influenza sulla resistenza idrodinamica passiva. Pertanto, la riduzione di resistenza idrodinamica durante lo scivolamento passivo effettuato con costume tecnico da nuoto è attribuibile, oltre all’effetto del materiale di composizione del costume, ad una variazione della posizione del corpo del nuotatore.

Multilevel Domain Decomposition Algorithms for Monolithic Fluid-Structure Interaction Problems with Application to Haemodynamics

Finite element techniques for solving the problem of fluid-structure interaction of an elastic solid material in a laminar incompressible viscous flow are described. The mathematical problem consists of the Navier-Stokes equations in the Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation coupled with a non-linear structure model, considering the problem as one continuum. The coupling between the structure and the fluid is enforced inside a monolithic framework which computes simultaneously for the fluid and the structure unknowns within a unique solver. We used the well-known Crouzeix-Raviart finite element pair for discretization in space and the method of lines for discretization in time. A stability result using the Backward-Euler time-stepping scheme for both fluid and solid part and the finite element method for the space discretization has been proved. The resulting linear system has been solved by multilevel domain decomposition techniques. Our strategy is to solve several local subproblems over subdomain patches using the Schur-complement or GMRES smoother within a multigrid iterative solver. For validation and evaluation of the accuracy of the proposed methodology, we present corresponding results for a set of two FSI benchmark configurations which describe the self-induced elastic deformation of a beam attached to a cylinder in a laminar channel flow, allowing stationary as well as periodically oscillating deformations, and for a benchmark proposed by COMSOL multiphysics where a narrow vertical structure attached to the bottom wall of a channel bends under the force due to both viscous drag and pressure. Then, as an example of fluid-structure interaction in biomedical problems, we considered the academic numerical test which consists in simulating the pressure wave propagation through a straight compliant vessel. All the tests show the applicability and the numerical efficiency of our approach to both two-dimensional and three-dimensional problems.

Stewardship antibiotica neonatale: valutazione dell'esposizione antimicrobica nelle sospette early onset sepsis (EOS)

Background: Le early-onset sepsis (EOS) sono infezioni batteriche invasive definite dalla presenza di batteri nel sangue e/o nel liquor cefalorachidiano che esordiscono nelle prime 72 ore di vita e causano in epoca neonatale mortalità e morbilità importanti. Scopo: Determinare l’eccesso di trattamento antibiotico (Overtreatment index=OI) nei neonati di EG ≥34 settimane con sospetta sepsi ad esordio precoce. Metodi: Tutti i nati dal 1.01.2014 al 31.12.2018 di EG ≥34 settimane presso IRCCS Azienda Ospedaliero-Universitaria e l’Ospedale Maggiore di Bologna che hanno ricevuto terapia antibiotica endovenosa nelle prime 168 ore di vita nel sospetto di EOS. Sono stati identificati 2 gruppi: EOS provata (N=7) ed EOS sospetta (N=465). Risultati: L’incidenza di EOS è stata 0.22 su 1000 nati vivi, rispettivamente 0.12/1000 per Streptococcus agalactiae (GBS) e 0.06/1000 per Escherichia coli (E.coli). L’1.75% dei neonati ha ricevuto terapia antimicrobica empirica a largo spettro. L’OI è risultato 68. L’esposizione al trattamento antibiotico nella popolazione è stata di 85 giorni/1000 nati vivi. Tra i fattori di rischio materni, il tampone vagino-rettale (TVR) e l’urinocoltura positiva sono risultati associati al rischio di EOS provata (p=.017, p =.000). I valori di proteina C reattiva (PCR) al T0, T1 e T2 tra i due gruppi sono risultati significativi (p=.000). All’analisi multivariata è stata confermata la significatività delle variabili descritte. (TVR non noto OR=15.1, 95%CI 1.98-115.50, p =.009, urinocoltura positiva OR=30.1, 95%CI 3.6-252.1, p = .002, PCR T0 OR=1.6, 95% CI 1.29-2.07, p = .000.) Conclusioni: L’individuazione precoce di fattori di rischio e la valutazione degli indici di flogosi in neonati sintomatici può ridurre l’OI e la durata della terapia antibiotica in casi di sepsi non confermata. L’uso appropriato degli antibiotici in questa popolazione è particolarmente importante poichè riduce lo sviluppo di germi multiresistenti. Nelle Terapie Intensive Neonatali, i programmi di stewardship antimicrobica dovrebbero guidare la gestione delle sepsi.

Towards a broader understanding of the effects of tidal forcing on the global ocean circulation

The study of tides and their interactions with the complex dynamics of the global ocean represents a crucial challenge in ocean modelling. This thesis aims to deepen this study from a dynamical point of view, analysing what are the tidal effects on the general circulation of the ocean. We perform different experiments of a mesoscale-permitting global ocean model forced by both atmospheric fields and astronomical tidal potential, and we implement two parametrizations to include in the model tidal phenomena that are currently unresolved, with particular emphasis to the topographic wave drag for locally dissipating internal waves. An additional experiment using a mesoscale-resolving configuration is used to compare the simulated tides at different resolutions with observed data. We find that the accuracy of modelled tides strongly depends on the region and harmonic component of interest, even though the increased resolution allows to improve the modelled topography and resolve more intense internal waves. We then focus on the impact of tides in the Atlantic Ocean and find that tides weaken the overturning circulation during the analysed period from 1981 to 2007, even though the interannual differences strongly change in both amplitude and phase. The zonally integrated momentum balance shows that tide changes the water stratification at the zonal boundaries, modifying the pressure and therefore the geostrophic balance over the entire basin. Finally, we describe the overturning circulation in the Mediterranean Sea computing the meridional and zonal streamfunctions both in the Eulerian and residual frameworks. The circulation is characterised by different cells, and their forcing processes are described with particular emphasis to the role of mesoscale and a transient climatic event. We complete the description of the overturning circulation giving evidence for the first time to the connection between meridional and zonal cells.