Maria Nicolina PAPA | Progetti

STUDIO SPERIMENTALE SULLA DINAMICA DEI MISCUGLI GRANULARI

Il presente progetto di ricerca ha per oggetto lo studio della dinamica dei miscugli granulari alla scala di laboratorio ed è finalizzato a meglio comprenderne il comportamento reologico. L'attività di ricerca riguarderà l'uso di alcune attrezzature già dotazione del Laboratorio di Idraulica Ambientale e Marittima (LIDAM). In particolare, potrà essere utilizzato un piccolo canale in plexiglas trasparente di lunghezza 2.00m e larghezza 0.08m in cui sarà possibile far defluire del materiale granulare sintetico (particelle sferoidali in resina acetalica, già dotazione del LIDAM) o naturale in condizioni di moto permanente. Varie tipologie di fondo con diversa scabrezza potranno essere investigate insieme ad un ampio range di pendenze del canale. A valle del canale, il materiale potrà essere raccolto in un contenitore posizionato su una bilancia di precisione, interfacciabile ad un personal computer e capace di restituire registrazioni in continuo dei pesi cumulati, da cui sarà possibile derivare la portata massica. Allo stesso modo sarà possibile utilizzare le due telecamere ad alta velocità (AOS S-PRI), capaci di registrare fino a 1250 frames al secondo, già dotazione del LIDAM. Esse potranno essere opportunamente posizionate in prossimità della parete laterale del canale e della superficie libera della corrente defluente, onde ottenere misure di velocità ed eventualmente anche della concentrazione volumetrica. Relativamente alla misura dei profili di velocità, si potranno utilizzare tecniche di Particle Image Velocimetry (PIV), opportunamente calibrate e adattate allo specifico caso dei miscugli granulari. Tali tecniche sfruttano la funzione di cross-correlazione tra pattern di luminosità di immagini temporalmente contigue per ricostruire il campo degli spostamenti e quindi, noto l'intervallo temporale tra le due immagini, il campo di velocità nell'intera regione di interesse. Opportune medie alla Reynolds saranno necessarie per ottenere i profili di velocità mediati nel tempo, depurati dalle velocità di agitazione.In questo contesto sperimentale, sarà anche molto interessante investigare e mettere a punto tecniche non-invasive di tipo ottico per la stima dei profili di concentrazione volumetrica alla parete. Per far ciò, si immagina di utilizzare le stesse immagini registrate dalla telecamera ad alta velocità alla parete, opportunamente elaborate e filtrate per mezzo di algoritmi di signal-processing e posterizzazione. Tali stime potranno essere validate e/o calibrate attraverso modelli matematico-numerici ad hoc. La concentrazione volumetrica è sicuramente una grandezza fisica strettamente correlata alla dinamica della corrente ed è tipicamente decrescente all'aumentare della collisionalità, ovvero della temperatura granulare, del flusso. Una misura precisa della concentrazione volumetrica è, perciò, di grande utilità nella ricerca e definizione della legge costitutiva del materiale. Purtroppo, la grande difficoltà ad ottenere misure accurate di questa grandezza, anche in condizioni altamente controllate come possono essere quelle di laboratorio, rendono il legame tra la concentrazione volumetrica, le velocità di deformazione angolare e gli sfrozi ancora un problema aperto dell'idraulica e della meccanica dei mezzi continui.Alla luce dei risultati sperimentali attesi, si potranno meglio descrivere le caratteristiche peculiari della dinamica di tali flussi per mezzo di modelli matematico-numerici progettati e calibrati ad hoc sulla base dei risultati sperimentali stessi.