Fluid dynamic analysis and modelling of industrial chemical equipment

The research is aimed at contributing to the identification of reliable fully predictive Computational Fluid Dynamics (CFD) methods for the numerical simulation of equipment typically adopted in the chemical and process industries. The apparatuses selected for the investigation, specifically membrane modules, stirred vessels and fluidized beds, were characterized by a different and often complex fluid dynamic behaviour and in some cases the momentum transfer phenomena were coupled with mass transfer or multiphase interactions. Firs of all, a novel modelling approach based on CFD for the prediction of the gas separation process in membrane modules for hydrogen purification is developed. The reliability of the gas velocity field calculated numerically is assessed by comparison of the predictions with experimental velocity data collected by Particle Image Velocimetry, while the applicability of the model to properly predict the separation process under a wide range of operating conditions is assessed through a strict comparison with permeation experimental data. Then, the effect of numerical issues on the RANS-based predictions of single phase stirred tanks is analysed. The homogenisation process of a scalar tracer is also investigated and simulation results are compared to original passive tracer homogenisation curves determined with Planar Laser Induced Fluorescence. The capability of a CFD approach based on the solution of RANS equations is also investigated for describing the fluid dynamic characteristics of the dispersion of organics in water. Finally, an Eulerian-Eulerian fluid-dynamic model is used to simulate mono-disperse suspensions of Geldart A Group particles fluidized by a Newtonian incompressible fluid as well as binary segregating fluidized beds of particles differing in size and density. The results obtained under a number of different operating conditions are compared with literature experimental data and the effect of numerical uncertainties on axial segregation is also discussed.

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.

Advanced polymeric materials for applications in technical equipment for snow sports

The thesis is divided in three chapters, each one covering one topic. Initially, the thermo-mechanical and impact properties of materials used for back protectors have been analysed. Dynamical mechanical analysis (DMTA) has shown that materials used for soft-shell protectors present frequency-sensitive properties. Furthermore, through impact tests, the shock absorbing characteristics of the materials have been investigated proving the differences between soft and hard-shell protectors; moreover it has been demonstrated that the materials used for soft-shell protectors maintain their protective properties after multi-impacts. The second chapter covers the effect of the visco-elastic properties of the thermoplastic polymers on the flexural and rebound behaviours of ski boots. DMTA analysis on the materials and flexural and rebound testing on the boots have been performed. A comparison of the results highlighted a correlation between the visco-elastic properties and the flexural and rebound behaviour of ski boots. The same experimental methods have been used to investigate the influence of the design on the flexural and rebound behaviours. Finally in the third chapter the thermoplastic materials employed for the construction of ski boots soles have been characterized in terms of chemical composition, hardness, crystallinity, surface roughness and coefficient of friction (COF). The results showed a relation between material hardness and grip, in particular softer materials provide more grip with respect to harder materials. On the contrary, the surface roughness has a negative effect on friction because of the decrease in contact area. The measure of grip on inclined wet surfaces showed again a relation between hardness and grip. The performance ranking of the different materials has been the same for the COF and for the slip angle tests, indicating that COF can be used as a parameter for the choice of the optimal material to be used for the soles of ski boots.

Impresari, costume e societa a teatro nell'autunno della Serenissima Repubblica di Genova (1772-97)

La storiografia si interessata solo marginalmente alla vita musicale nella Genova del XVIII secolo, forse’anche scoraggiata dalla delusione espressa in una celebre dichiarazione di Charles Burney: «Genova non rispose alla mia aspettativa». Solo di recente alcuni studiosi locali, con approcci e intenti differenti, si sono interessati all’argomento senza tuttavia giungere a elaborare uno studio complessivo. Il progetto ha avviato uno studio storicamente documentato sulla gestione dei teatri a Genova nel periodo compreso tra la stesura dell’ultimo regolamento teatrale (1772) e la fine della Repubblica aristocratica (1797). La tesi si basa sullo studio di più di 3000 documenti inediti che descrivono la cessione delle tre principali sale cittadine (Teatro del Falcone, Teatro da Sant’Agostino, Teatro delle Vigne) agli impresari, i comportamenti del pubblico in sala; le opere rappresentate, l’immoralità dei ballerini e cantanti, le incidenze nei palchetti e in platea. Questi aspetti di vita teatrale quotidiana sono trattati conciliando una prospettiva storica con una sociologica. In una visione globale del teatro del XVIII secolo, l’obiettivo della tesi è quello di indagare le relazioni tra spettatori appartenenti a gruppi sociali differenti, le reazioni del pubblico, gli usi e gli obblighi di etichetta durante spettacoli e feste da ballo. Queste testimonianze non sono semplicemente pettegolezzi: esse raccontano come il teatro fosse parte integrante della vita quotidiana delle persone e come la società del XVIII secolo intendesse questo rituale d’élite. La dissertazione è correda da una cronologia degli spettacoli genovesi tra il 1772 e il 1797 e da una appendice documentaria.

Development and characterization of cutting-edge equipment for EMC measurements and advanced power line filter design

This Doctoral Thesis aims at studying, developing, and characterizing cutting edge equipment for EMC measurements and proposing innovative and advanced power line filter design techniques. This document summarizes a three-year work, is strictly industry oriented and relies on EMC standards and regulations. It contains the main results, findings, and effort with the purpose of bringing innovative contributions at the scientific community. Conducted emissions interferences are usually suppressed with power line filters. These filters are composed by common mode chokes, X capacitors and Y capacitors in order to mitigate both the differential mode and common mode noise, which compose the overall conducted emissions. However, even at present days, available power line filter design techniques show several disadvantages. First of all, filters are designed to be implemented in ideal 50 Ω systems, condition which is far away from reality. Then, the attenuation introduced by the filter for common or differential mode noise is analyzed independently, without considering the possible mode conversion that can be produced by impedance mismatches, or asymmetries in either the power line filter itself or the equipment under test. Ultimately, the instrumentation used to perform conducted emissions measurement is, in most cases, not adequate. All these factors lead to an inaccurate design, contributing at increasing the size of the filter, making it more expensive and less performant than it should be.