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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. La grande difficoltà ad ottenere misure accurate di concentrazione solida volumetrica, 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 sforzi ancora un problema aperto dell'idraulica e della meccanica dei mezzi continui. Questo ostacolo può essere superato grazie ad una tecnica innovativa per la misura del profilo di concentrazione, messa a punto dai proponenti del progetto. Lo studio si baserà quindi su misure alla parete di profili di velocità e concentrazione volumetrica di un miscuglio granulare in moto permanente. L'attività di ricerca si avvarrà 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. La concentrazione volumetrica alla parete sarà misurata attraverso un tecnica non-invasiva di tipo ottico che utilizza le stesse immagini registrate dalla telecamera ad alta velocità alla parete, opportunamente elaborate e filtrate per mezzo di algoritmi di signal-processing e posterizzazione. Le misure ottenute di velocità e concentrazione solida consentiranno quindi di descrivere i meccanismi di resistenza la moto all'interno del miscuglio in movimento e di caratterizzarne il comportamento reologico.