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Analisi dell’influenza della superficie libera sulle vibrazioni di una sfera investita da una corrente stazionaria ed uniforme
No full textNel presente lavoro si studiano gli effetti della superficie libera sui movimenti di una sfera investita da una corrente
fluida stazionaria e uniforme. La sfera è caratterizzata da un basso valore del parametro combinato massa-smorzamento
(m*ζ=0.005) ed è libera di muoversi sia nella direzione principale della corrente sia in quella trasversale. In
tutti gli esperimenti il coefficiente di bloccaggio γb (rapporto tra la superficie frontale del corpo e la sezione trasversale
della corrente) viene mantenuto costante, mentre la sfera viene posizionata a diverse distanze dalla superficie libera.
Gli spostamenti nella direzione della corrente e in quella trasversale sono stati misurati contemporaneamente attraverso
una telecamera ad alta risoluzione che ha permesso la ricostruzione bidimensionale delle traiettorie e l’analisi in
frequenza del segnale. I risultati sottolineano un cambiamento della risposta dinamica della sfera all’aumentare della
velocità media della corrente e all’avvicinarsi del corpo alla superficie libera
Stima del parametro entropico per correnti stazionarie in presenza di scabrezza intermedia
Full text linkNel presente lavoro, una metodologia speditiva, basata sulla distribuzione entropica di velocità, è proposta per ricostruire il campo di moto di correnti a pelo libero in presenza di scabrezza intermedia. Tale metodologia consente di determinare il parametro entropico nota che sia la sommergenza relativa. Un’ampia serie di misure sperimentali è stata acquisita da prove condotte su un canale rettangolare situato presso il Laboratorio di Idraulica dell’Università degli Studi della Basilicata, per differenti valori di pendenza e portata, in condizioni di moto stazionario, con valori intermedi di sommergenza relativa e rapporto di aspetto minore di 7.5
Influenza della superficie libera sulla risposta dinamica di una sfera immersa in una corrente stazionaria
No full textNel presente lavoro, si studiano gli effetti della superficie libera sulle traiettorie di oscillazione di una sfera investita da flussi stazionari a bassa sommergenza relativa (h*<1). La sfera è caratterizzata da bassi valori del rapporto di massa (m*~1) e del rapporto di smorzamento (ζ=0.007). I movimenti della sfera sono stati misurati usando due diverse tecniche di misura: un sensore di spostamento laser analogico che ha permesso l’acquisizione dei soli spostamenti trasversali, ed una videocamera CCD che ha consentito la ricostruzione bidimensionale delle traiettorie. I risultati ottenuti hanno evidenziato come la forte distorsione della superficie libera non sembra modificare la risposta in frequenza ma solo la risposta in ampiezza riducendola. Inoltre, la traiettoria di oscillazione della sfera mostra un repentino cambiamento all’aumentare della velocità, passando da forme regolari a caotiche con ampiezze trasversali confrontabili con quelle nella direzione della corrente
Determinazione del parametro entropico nelle correnti regolari a media e bassa sommergenza
No full textLa modellistica numerica rappresenta uno degli strumenti più validi nelle attività di studio e progettazione in ambito fluviale, vincolato all’impiego di dati aggiornati e affidabili ottenuti da misure e rilievi diretti e sistematici, non sempre disponibili in tempo reale. In tale ottica, diventa fondamentale la ricerca di base e applicata volta all’ottimizzazione di modelli di calcolo che consentano la stima dei deflussi in maniera speditiva, e che riescano a mantenere la dovuta rigorosità grazie all’introduzione di parametri che tengano conto delle informazioni “geometriche” e di “scabrezza d’insieme” di un corso d’acqua, o più estesamente delle aree di pertinenza fluviale. Studi recenti hanno sottolineato la validità del parametro entropico per la valutazione della portata di corsi d’acqua con morfologie regolari, mostrando altresì significative dipendenze di tale parametro dalle caratteristiche cinematiche e geometriche delle correnti. E’ in quest’ultimo filone di studio che si inserisce il presente lavoro imperniato sull’indagine dettagliata dell’influenza sul parametro entropico di grandezze di facile rilevazione in campo, come la sommergenza relativa e la pendenza del fondo, attraverso un’ampia serie di misure in laboratorio condotte su correnti stazionarie e regolari a superficie libera in presenza di scabrezza omogenea a media e bassa sommergenza
Forze idrodinamiche agenti su una struttura oscillante
No full textLa progettazione di strutture sommerse e semi-sommerse in correnti marine (strutture off-shore, impianti eolici, edifici galleggianti) presenta alcuni problemi legati alla possibilità di modellare correttamente la risposta dinamica della struttura. Questo problema è ancora più evidente se si considerano situazioni dove le strutture sono soggette a flussi confinati, come in presenza del fondo o della superficie libera. Tali problematiche sono accentuate nelle strutture ancorate che rendono il sistema più complesso e soggetto a fenomeni di risonanza. Considerando le numerose e differenti forzanti che possono sollecitare la struttura, è indubbio che la modellazione numerica integrata (che tiene conto sia della struttura sia del fluido) è l’approccio più adatto per valutare i contributi delle forze più significative. L’attendibilità di tali modelli dovrebbe poi essere verificata sia con i dati di letteratura, sia con prove sperimentali condotte su modelli con geometrie semplici e condizioni al contorno che rendano più agevole la modellazione numerica.
In questo contesto il presente lavoro vuole fornire alcuni risultati sperimentali ottenuti analizzando sia le oscillazioni, sia le forze agenti su una struttura a geometria semplice (sfera) caratterizzata da bassi valori della massa e dello smorzamento e investita da una corrente stazionaria a superficie libera
Kinematic analysis of the movement of a tethered sphere immersed in a free surface flow
No full textThis paper studies the flow-structure interaction between a tethered sphere and a free surface flow. In several flow conditions, the displacement of the sphere and the characterization of the flow field downstream the sphere itself are provided and discussed. The experiments have been performed in a open water channel where the sphere was placed with low value of relative submergence, h* (ratio between the distance from the free surface to the surface of the sphere and the diameter of the sphere). The tethered sphere was characterized by a low value of the mass ratio, m*~1 (ratio between the mass of the system and the added mass) and a low value of damping. The movements of the sphere have been measured using by means of an analog laser displacement sensor and by image analysis of the sphere movement CCD acquisitions. The flow field reconstruction downstream of the sphere has been provided by a PIV (Particle Image Velocimetry) technique specifically developed for hydraulic applications which has allowed the characterization of some of the main flow structures involved by the interaction between the sphere and the free surface flow. On the base of the experimental evidence we have discussed the influence of the free surface flow on the sphere movement
Influence of the entropic parameter on the flow geometry and morphology
No full textThe necessity of updating the numerical models inputs, because of geometrical and resistive variations in rivers subject to solid transport phenomena, requires detailed control and monitoring activities. The human employment and financial resources of these activities moves the research towards the development of expeditive methodologies, able to evaluate the outflows through the measurement of more easily acquirable sizes. Recent studies highlighted the dependence of the entropic parameter on the kinematical and geometrical flow conditions. They showed a meaningful variability according to the section shape, dimension and slope. Such dependences, even if not yet well defined, could reduce the difficulties during the field activities, and also the data elaboration time. On the basis of such evidences, the relationships between the entropic parameter and the geometrical and resistive sizes, obtained through a large and detailed laboratory experience on steady free surface flows in conditions of macro and intermediate homogeneous roughness, are analyzed and discussed
Analysis of effects of the free surface on the movement of a tethered sphere immersed in a steady flow
No full textIn this work, we study the effects of the free surface on the sphere immersed in a steady flow through the analysis of stream wise and transverse displacements. The range of relative submergence, h*, is between 0 and 0.75 and the tethered sphere is characterized by a low value of the mass ratio m*~1 and a low value of damping ratio (ζ=0.007). The movements of the sphere have been measured using two methods: (a) by means of an analogue laser displacement sensor, and (b) by image analysis of the sphere movement CCD acquisitions. The second method provided the 2D reconstruction of the trajectory. The experimental data have highlighted a significant influence of free surface flow both on the transverse oscillation amplitudes and on the oscillation frequencies of the sphere
Estimation of Hydrodynamic Loading on an Oscillating Sphere
No full textThe design of flexible submerged structures presents issues related to e.g. hydrodynamics loads, induced hydrodynamic motion, effect due to the vortex-induced vibrations, re-sonance phenomena. In this complex scenario results form simple benchmark studies are valuable.
Recently, the motion, due to hydrodynamic loading, of an oscillating sphere characterized by low values of mass and damping has been studied by the authors in an free surface flow channel at different values of relative submersion. Knowledge of the mechanical response and of the principal dynamic characteristics of the sphere retaining (mooring) system allows for the reconstruction of the hydrodynamic loading starting form measured displacements.
This paper reports on the experimental work carried out to characterize the retaining system and the consequences coming from the estimated structural parameters on non-dimensional hydrodynamic force coefficients
Boundaries effects on the movements of a sphere immersed in a free surface flow
No full textThis work analyses the influence of boundary conditions on the movements of a sphere immersed in a steady free surface flow. The sphere is free to move in both transverse and stream wise directions and it is characterized by values of the mass ratio, m*, equal to 1.34 and of the damping ratio, ζ, equal to 0.006. In all the experiments the blockage coefficient is kept constant, while the sphere is located at different distances from the free surface and from the bottom wall of the channel. The movements of the sphere have been measured by means of the image analysis of CCD camera which provides the 2D (stream wise and transverse) displacements of the sphere with a temporal resolution of 0.02. The experimental data show a significant influence of the boundaries on the sphere movement and highlight a different behaviour of the amplitude response between the three different experimental set-ups considered
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