1,721,114 research outputs found
Strutture Lagrangiane coerenti e dispersione, il caso del Golfo di Trieste
No full textNel campo dell’Ingegneria Ambientale un problema di grande importanza consiste nella previsione dell’evoluzione spazio/temporale di eventuali contaminanti rilasciati all’interno di un corpo idrico. Un possibile approccio per affrontare tale problema consiste nel predire le traiettorie degli agenti inquinanti, schematizzati come traccianti passivi, da campi di velocità ottenuti da misurazioni o simulazioni numeriche. Infatti, conoscendo il campo di velocità v(x,t) in qualsiasi posizione x e a qualsiasi tempo t, è sempre possibile calcolare la traiettoria di una particella di condizioni iniziali x_0 al tempo t_0. La sola conoscenza del campo di velocità non è, però, un’informazione totalmente esaustiva, infatti a causa della forte sensibilità dalle condizioni iniziali si possono ottenere risultati anche contrastanti tra di loro: dal momento che le misure del campo di velocità e delle condizioni iniziali sono sempre affette da incertezze, le traiettorie risultano molto difficili da predire. Un approccio alternativo per comprendere il trasporto in moti fluidi di particolare complessità si basa sul concetto delle Strutture Lagrangiane Coerenti (LCS). L’idea di utilizzare per l’analisi le strutture Lagrangiane fornisce un mezzo per identificare curve materiali, in campi di moto bidimensionali, o superfici materiali, in campi di moto tridimensionali, che definiscono come si configuri il processo di trasporto all’interno del campo di moto [1,2]. Lo scopo nell’identificare le LCS consiste nel dividere il campo di moto in regioni aventi differente comportamento dinamico: dal momento che le LCS agiscono come barriere al trasporto, il flusso di massa attraverso queste linee materiali è nullo e quindi traccianti passivi liberati in regioni delimitate da tali curve rimarranno lì confinati.
Il lavoro in oggetto consiste nell’identificazione e nella caratterizzazione di tali strutture all’interno del Golfo di Trieste. I campi di velocità superficiali del Golfo di Trieste provengono dalla campagna di misure del progetto TOSCA [3] avente lo scopo di migliorare la risposta agli incidenti in mare, in particolare sversamenti di petrolio e operazioni di recupero e soccorso. Oltre alla determinazione dei campi di velocità tramite radar costieri, il progetto TOSCA ha raccolto una serie di dati sulla dinamica della circolazione del golfo tramite il rilascio in mare di drifter.
Avendo a disposizione la traiettoria seguita da alcuni drifter è stato possibile realizzare dei confronti tra le traiettorie simulate e quelle reali. L’accordo tra le simulazioni numeriche e le osservazioni di campo è in gran parte dipendente dall’accuratezza delle misure di velocità. Il confronto fra le traiettorie di drifter reali e simulati mostra come i risultati numerici e le osservazioni di campo divergano significativamente negli istanti in cui i campi di velocità utilizzati nelle simulazioni numeriche presentano delle lacune (o “buchi”), preventivamente colmate tramite un’interpolazione. Generalmente, invece, nel momento in cui le velocità sono ben definite e non presentano lacune spaziali all’interno del Golfo, l’evoluzione delle nuvole di traccianti prevista dal modello numerico risulta coerente con le osservazioni di campo.
E’ possibile affermare quindi che l’utilizzo delle LCS per studiare il comportamento dei fenomeni di mescolamento permette di ottenere informazioni significative sull’evoluzione spazio/temporale traccianti all’interno di un moto fluido: determinare la posizione delle strutture attrattive e repulsive risulta di sicuro interesse per la previsione del comportamento di eventuali agenti inquinanti.
Bibliografia
[1] T. Peacock, G. Haller. Lagrangian Coherent Structures: The hidden skeleton of fluid flows. Physics Today, 66, 41-47, 2013.
[2] S. C. Shadden, F. Lekien e J. E. Marsden. Definition and properties of Lagrangian coherent structures from finite-time lyapunov exponents in two dimensional aperiodic flows. Physica D, 213, 271-304, 2005.
[3] Progetto TOSCA, www.tosca-med.e
Modelling of tidally generated large scale bedforms
No full textPhD Thesis on generation and migration of tidal sand waves and sand bank
Modelli per l'analisi della qualità delle acque costiere e dei bacini
No full textLa possibilità e capacità di simulare e di fare delle previsioni sull’evoluzione dei campi di moto di fluidi ambientali è di primaria importanza per un’analisi della qualità delle acque in seguito alla diffusione e/o dispersione di agenti inquinanti/nutrienti. Tuttavia la comprensione dei processi fisici e dei meccanismi che stanno alla base dell’evoluzione di flussi turbolenti complessi rappresenta innumerevoli difficoltà soprattutto nelle operazioni di post-processing e di analisi dei dati raccolti in seguito sia a simulazioni numeriche che ad esperimenti di laboratorio. Negli ultimi anni questo tipo di problematiche è stato affrontato analizzando il comportamento delle Strutture Lagrangiane Coerenti (LCS) per la caratterizzazione di moti complessi in quanto le LCS rappresentano delle linee(superfici) materiali per i moti bidimensionali(tridimensionali) che impediscono il trasporto di massa tra regioni adiacenti dello stesso fluido (Boffetta et al., 2000). Per questo motivo le LCS sono state utilizzate in diversi campi della meccanica dei fluidi per caratterizzare e descrivere svariati tipi di moti, partendo dai moti dei fluidi geofisici (atmosfera ed oceani), passando per la dinamica di inquinanti in campo marino e fluviale per arrivare fino alla bio-fluodinamica. L’intervento mostrerà dapprima le basi concettuali e gli strumenti derivati dalla teoria dei sistemi dinamici non lineari utilizzati per l’identificazione e l’interpretazione della dinamica delle LCS. Quindi verrà presentata una serie di casi studio in cui sarà possibile apprezzare l’utilità pratica dei concetti e degli strumenti teorici tramite la loro applicazione a problematiche di tipo ingegneristico inerenti il trasporto di contaminanti all’interno di un fluido ambientale
Il progetto della costa: le sistemazioni costiere
No full textL’Italia è terra di coste, di valli e di catene montuose, che contribuiscono a determinarne le molteplici identità. Una peculiarità che tuttavia non è considerata dagli strumenti che governano le trasformazioni del territorio: i piani urbanistici, i piani di bacino, i piani della costa (quando ci sono) operano su livelli amministrativi separati e con progetti contraddittori. Le opere di sistemazione delle coste, dei versanti vallivi e dei corsi d’acqua non si coordinano con i disegni urbanistici. A ciò si aggiungono le trasformazioni che investono continuamente il paesaggio, in particolare, negli ultimi anni, il paesaggio delle valli e quello delle coste. In una prima fase, in seguito allo sviluppo industriale, le valli interne hanno subito il progressivo venir meno di abitanti, di servizi, di economie, di cura del paesaggio e dell’ambiente, cui ha fatto da contrappeso l’incremento massiccio di un’urbanizzazione concentrata attorno alle città e sulla costa. L’abbandono del territorio molto spesso ha contribuito al dissesto idrogeologico, affrontato con interventi di ingegneria geotecnica e idraulica,mentre la costa ha subito un processo di intensa artificializzazione a causa degli interventi di ingegneria portuale e di difesa marittima. Troppo spesso le opere di ingegneria hanno tenuto conto delle sole ragioni tecniche, tralasciando le ragioni urbanistiche dei territori circostanti. Oggi invece le città e le conurbazioni costiere non crescono più e le valli interne sono oggetto di rinnovato interesse, motivato da inedite forme produttive e abitative e dalla necessità di porre un freno all’incombente dissesto idrogeologico. La ricerca che è alla base del presente volume si alimenta proprio dei nuovi assetti territoriali che hanno preso forma, e soprattutto di un mutamento di ordine disciplinare: ciò che sta cambiando, infatti, sono anche i modelli progettuali dell’ingegneria del territorio e dell’urbanistica: nel primo caso progetti innovativi cercano la compatibilità con i fattori naturali; nel secondo caso, nuovi modelli di sviluppo territoriale perseguono l’integrazione di obiettivi di sviluppo sociale ed economico con quelli della sostenibilità ambientale. Gli autori affrontano i problemi del progetto di territorio, mettendoli a fuoco da una prospettiva comune, capace di conciliare le ragioni e i metodi dell’ingegneria, sensibile alle dinamiche dei suoli e delle acque, con quelle dell’urbanistica, che progetta le trasformazioni ambientali e paesaggistiche delle valli e delle coste. Una delle novità più forti che caratterizza questa ricerca, e quindi il libro, è proprio questa sorta di «rivoluzione morbida»: un approccio nuovo al territorio, che intende non escludere a priori nessun metodo, nessuna esigenza, cercando invece di sfruttare quanto di valido e di apprezzabile proviene dalle prospettive e dagli ambiti più vari e solo apparentemente distanti. Una «rivoluzione morbida» che implica anche e soprattutto una generale diffidenza nei confronti delle «grandi opere», gli interventi monumentali e invasivi che catturano l’attenzione dei media, e, di contro, un’attenzione particolare rivolta alle «piccole opere», poco pubblicizzate, ma la cui importanza sperimentiamo quotidianamente, e sulle quali si misura la qualità della nostra vita di ogni giorno
Sediment transport patterns in the neighbourhood of cylindrical porous structures: The "mar de trafalgar" offshore wind farm
No full textA simple analytical model of wave propagation has been developed in order to study the potential sediment transport patterns due to the action of currents and waves in the neighbourhood of cylindrical structures. The attention is focused in particular on the study of the Trafalgar offshore wind farm, a case in which it has been necessary to analyze the flow trough porous structures in order to model fish growing-cages planned to be installed at each aerogenerator structure. The results are obtained by averaging over one period of wave in order to calculate the net potential sediment transport around a cylindrical impermeable structures surrounded by a porous ring. The analysis of the results reveals how the characteristics of the porous media (friction and porosity) have a strong influence in triggering the processes of wave diffraction and reflection, responsible of the enhancement of strong erosion/deposition processes around the aerogenerator foundation.A simple analytical model of wave propagation has been developed in order to study the potential sediment transport patterns due to the action of currents and waves in the neighbourhood of cylindrical structures. The attention is focused in particular on the study of the Trafalgar offshore wind farm, a case in which it has been necessary to analyze the flow trough porous structures in order to model fish growing-cages planned to be installed at each aerogenerator structure. The results are obtained by averaging over one period of wave in order to calculate the net potential sediment transport around a cylindrical impermeable structures surrounded by a porous ring. The analysis of the results reveals how the characteristics of the porous media (friction and porosity) have a strong influence in triggering the processes of wave diffraction and reflection, responsible of the enhancement of strong erosion/deposition processes around the aerogenerator foundation. © 2007 World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd
Detection of Lagrangian Coherent Structures due to shallow water macrovortices in compound channels
No full textWater quality management is a crucial aspect for a riverine environment, since it hosts a great variety of wildlife that can be dramatically influenced by the controlled and uncontrolled release of pollutants in the rivers themselves. All strategies to monitor the water quality must take into account the complex processes involved in the mass transport related to the river flows. These processes should be studied in a Lagrangian framework more than from an Eulerian point of view. Several techniques are now available to describe and quantify the relevant characteristics of the mixing processes, i.e. Lagrangian statistics in terms of single and multiple particles dynamics. However, applying the standard Taylor theory of the dispersion, which leads to the evaluation of the averaged dispersion coefficients, has some intrinsic limitations that are related to the average over a great number of trajectories in the entire domain under investigation. In the present study, we apply the techniques that derive from the nonlinear dynamical system theory to a riverine situation, in which the natural shape of the river cross-section is accounted for. These techniques allow for the detection of the so-called Lagrangian Coherent Structures (LCS), which are material elements embedded in the flow that strongly influence the mixing processes. Indeed LCSs represents material barriers that can separate the domain in distinct regions with no mass transport among them. We investigate the possibility of formation of LCSs in a compound channel under uniform flow conditions depending on the main physical parameters
Modellistica di previsione e reanalisi per l'ingegneria marittima
No full textLe necessità progettuali e l’avanzamento della ricerca nel campo dell’Ingegneria Marittima hanno fatto sì che nelle ultime decadi ci sia stata una tendenza sempre maggiore a supportare le attività progettuali e di ricerca sia con modelli sperimentali di laboratorio che con simulazioni numeriche. Quest’ultime stanno trovando sempre maggior impiego soprattutto grazie a un aumento significativo delle prestazioni di calcolo e della ricerca nell’ambito della simulazione numerica della meccanica dei fluidi. Inoltre lo sviluppo di sistemi di misura diretti e indiretti di grandezze quali il moto ondoso e le correnti marine, ha messo a disposizioni basi di dati solide e affidabili con cui verificare e validare i modelli numerici.
In quest’ottica presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale (DICCA) dell’Università di Genova è stata sviluppata e validata un catena modellistica per la simulazione della generazione e propagazione del moto ondoso all’interno del bacino del Mediterraneo (www.dicca.unige.it/meteocean). Tale strumento viene impiegato sia a scopo previsionale, quindi per poter fornire informazioni sullo stato del mare a breve termine, sia per attività di reanalisi del clima ondoso, rendendo così possibile la stima delle caratteristiche del moto ondoso a lungo termine
On the effect of the suspended load on the formation of sand waves
No full textA simple mathematical model is used to study the effects of the suspended load on the formation, the growth and the migration of the sand waves. The model is based on a linear stability analysis of the flat configuration of the sea bottom subject to tidal current. Previous investigations of the phenomenon considered only the bed load assuming that the sediment transport takes place only close to the sea bottom. However, rough estimates of the suspended load for field conditions show that the latter can be as large as the bed load. The inclusion of the suspended load makes the phenomenon more unstable and leads to shorter wavelenghts and larger migration speed
Forme di fondo generate da correnti mareali
No full textSi studia il meccanismo di generazione delle forme di fondo osservate nelle regioni costiere, caratterizzate dalla presenza di correnti di marea. Tali forme di fondo hanno lunghezze d’onda dell’ordine di alcune centinaia di metri e le loro creste sono ortogonali alla direzione delle correnti mareali. Lo studio si basa sull’analisi di stabilità della configurazione piana del fondo marino soggetto a correnti oscillanti. Le condizioni di smorzamento o amplificazione di piccole perturbazioni presenti sul fondo vengono determinate per diversi valori del parametro r che rappresenta il rapporto tra l’ampiezza dell’escursione orizzontale di marea e la lunghezza d’onda delle perturbazioni considerate. Si dimostra che i risultati ottenuti da Gerkema (2000), assumendo elevati valori del parametro r, non sono corretti. Tali risultati, infatti, sono ricavati con un’erronea stima dello spessore dello strato viscoso prossimo al fondo e introducendo strati critici che risultano superflui. L’analisi proposta dimostra inoltre che il metodo del troncamento della soluzione, spesso utilizzato per descrivere il campo di moto generato dall’interazione delle perturbazioni del fondo con le correnti di marea (Hulscher, 1996; Komarova & Hulscher, 2000; Komarova & Newell, 2000) è appropriato solo per piccoli valori di r. Per valori realistici dei principali parametri fisici del problema, la presente analisi prevede la formazione di forme di fondo caratterizzate da lunghezze d’onda simili a quelle osservate in campo, anche se le condizioni critiche vengono sottostimate
- …
