Descrizione della commessa "Modelli, tecnologie e sistemi di progettazione innovativi per le attività marittime e l'ambiente marino (ET.P02.017)"

Type
Label
  • Descrizione della commessa "Modelli, tecnologie e sistemi di progettazione innovativi per le attività marittime e l'ambiente marino (ET.P02.017)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Gli strumenti sviluppati, siano essi numerici o sperimentali, consentono lo studio di particolari problematiche che, allo stato attuale, sono al di là delle capacità di previsione delle metodologie di uso corrente. Di particolare interesse sono le tecniche per l'analisi di problematiche legate ad esigenze di sicurezza, risparmio energetico, dispersioni di inquinanti e valutazione dell'impatto ambientale. Ad esempio le tecniche di riduzione della resistenza di attrito attraverso l'utilizzo di rivestimenti nanostrutturati o processi plasmochimici permetteranno di intervenire sul consumo del carburante, limitando l'impatto ambientale del trasporto navale legato alle immissioni in atmosfera dei residui della combustione fossile. Nel contempo l'utilizzo di opportuni processi plasmochimici permette di limitare l'inquinamento prodotto dal rilascio di sostanze tossiche dai trattamenti antivegetativi e diminuisce il pericolo di contaminazione causata dal trasporto di specie animali e vegetali non autoctone. L'utilizzo di materiali intelligenti per il monitoraggio strutturale è funzionale a garantire una maggiore sicurezza nella navigazione. (literal)
Strumentazione
  • Per le attività relative allo sviluppo di modelli teorico numerici, verranno impiegati gli strumenti di calcolo a disposizione dell'Istituto, quali workstation e cluster. Verrà inoltre valutata la possibilità di partecipare a bandi che mettono a disposizione tempo di calcolo su calcolatori di grande dimensione. Per le indagini sperimentali saranno utilizzati i carri dinamometrici dei bacini rettilinei, la canaletta idraulica, il canale di circolazione, il tunnel di cavitazione e la Stazione Sperimentale del lago di Nemi. La strumentazione presente in Istituto o di prossima acquisizione utilizzata per le indagini sperimentali si compone di bilance dinamometriche, accelerometri e trasduttori di pressione, di strumenti a film caldo (CTA – Constant Temperature Anemometers) e di sistemi LDV e PIV per la misura delle velocità in singoli punti ed in campi di estensione finita, attraverso indagine statistica o osservazione della evoluzione temporale. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studio delle proprietà di rivestimenti superidrofobici nanostrutturati per la riduzione combinata di resistenza di attrito e rumore. Verifica delle capacità antifouling di trattamenti plasmochimici e studio del loro effetto sull'innesco della cavitazione. Indagini sull'utilizzo di materiali compositi, intelligenti e dei metamateriali acustici per applicazioni navali. Algoritmi di ottimizzazione globale e locale per problemi vincolati e non, algoritmi per l'ottimizzazione multidisciplinare e per l'ottimizzazione robusta. Modelli surrogati per l'ottimizzazione. Modelli e metodi sperimentali di verifica e validazione. Metodi numerici euleriani e/o lagrangiani per flussi a superficie libera. Sviluppo ed integrazione di tecniche d'indagine numeriche e sperimentali per i flussi multifase, granulari, non-newtoniani e con transizione di fase. Modelli e metodi per l'analisi, la sintesi e il controllo di sistemi elastici complessi e del rumore interno ed esterno irradiato. Metodi teorico-sperimentali per la caratterizzazione indiretta del campo di forza/pressione di superfici portanti. Caratterizzazione spaziale della dispersione di particelle inerziali in flussi turbolenti. (literal)
Competenze
  • Modelli numerici e tecniche di indagine sperimentale su queste tematiche sono state oggetto di studio nel passato e molte di queste sono già state oggetto di pubblicazione e fanno parte di procedure consolidate che vengono impiegate nel supporto alla cantieristica o all'interno di progetti di ricerca finanziati da organismi esterni. In questo senso le competenze maturate dal gruppo di ricerca sono tali da fornire una adeguata consapevolezza riguardo alle criticità delle attività proposte ed a possibili approcci alternativi. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Lo sviluppo di strumenti di calcolo e di misura più accurati ed efficienti per la comprensione dei fenomeni e per studi di previsione delle problematiche dei veicoli di trasporto insieme allo sviluppo di materiali e processi innovativi in ambito marittimo o aeronautico, consentono sia di ridurre i costi di esercizio che di valutare in modo preventivo diverse soluzioni costruttive, agevolando e riducendo i costi della fase di progettazione. In particolare, i metodi di ottimizzazione possono trovare impiego anche in settori diversi dell'ingegneria, in medicina, nel campo manageriale-economico o nelle scienze sociali. Inoltre le tecniche sviluppate nel contesto ambientale possono essere impiegate nello studio di problemi legati alla dinamica dell'atmosfera e dell'ambiente marino, quali per esempio l'erosione costiera e la dispersione di inquinanti. (literal)
Tecnologie
  • Impiego di modelli basati sulla discretizzazione delle equazioni di Navier-Stokes per flussi multifase o su formulazioni integrali sul contorno tipo \"BEM\" per la soluzione di problemi a potenziale. Utilizzo combinato di codici commerciali (Nastran, Comsol) o sviluppati in Istituto e di modelli numerici e analitici. Impiego di metodi per l'analisi dei sistemi non lineari (metodi perturbativi), per l'analisi statistica multivariata (PCA, POD. KL) e delle tecniche di controllo non lineare. Utilizzo di modelli fisici in scala ridotta di veicoli o parti significative di essi rivolti alla predizione del loro comportamento in scala reale. Utilizzo delle tecnologie di misura di natura ottica più avanzate (PIV, PTV, LDV). (literal)
Obiettivi
  • Sviluppare ed utilizzare materiali e processi innovativi per migliorare l'efficienza, la sicurezza e l'eco-sostenibilità dei veicoli marini. Implementare e verificare l'efficienza di algoritmi di ottimizzazione per la soluzione di problemi vincolati e non, a singolo o multi-obiettivo e per problemi in cui compaiano una o più variabili aleatorie. Implementare e confrontare modelli surrogati di tipo diverso (Kriging, reti neurali, MARS etc.). Implementare nuove e più accurate metodiche di analisi sperimentale per la validazione di processi di ottimizzazione o di soluzioni progettuali. Consolidare i modelli di calcolo per lo studio di flussi bifase, migliorando accuratezza ed efficienza. Estendere e/o sviluppare modelli e metodi per la previsione della cavitazione e ventilazione intorno a propulsori navali, per la predizione del rumore da essi irradiato e per la sintesi di sistemi di controllo. Migliorare le metodologie per l'analisi la sintesi ed il controllo delle strutture elastiche interagenti con il fluido circostante. Definire metodologie sperimentali di avanguardia finalizzate alla validazione dei modelli teorico-numerici per flussi multifase, granulari e non-newtoniani. (literal)
Stato dell'arte
  • Studi preliminari sulle proprietà di rivestimenti superidrofobici e di trattamenti plasmochimici hanno già evidenziato una loro potenziale efficacia rispettivamente nella riduzione della resistenza d'attrito e dell'attacco microbatterico e biologico degli scafi. La soluzione di un problema di ottimizzazione non presenta ad oggi una metodica univoca. Di conseguenza, per quanto concerne le applicazioni al settore navale, i problemi aperti sono ancora numerosi e con essi l'identificazione delle metodiche più adeguate ed efficienti. I modelli di calcolo per lo studio di flussi multifase non sono sempre in grado di produrre risultati soddisfacenti per la previsione della transizione di fase e nella descrizione accurata della dinamica e della cinematica nella regione di confine fra le fasi. Nel contempo, l'operatività e l'accuratezza delle tecniche sperimentali più avanzate siano esse di tipo Lagrangiano (PTV) o Euleriano (PIV, LDV), è fortemente condizionata dalla presenza di pareti o di interfacce. Per quanto riguarda la sintesi di sistemi di controllo del propulsore, allo stato attuale sono sempre stati utilizzati modelli semplificati che si sono rivelati spesso insoddisfacenti. (literal)
Tecniche di indagine
  • Utilizzo dei metodi dell'analisi dimensionale per l'individuazione delle variabili fisiche salienti e per l'esplorazione sperimentale della loro correlazione. Misure sperimentali fluidodinamiche (anemometria hot wire, LDV e PIV, rilievo dell'irradiazione acustica e della pressione a parete) e meccaniche (campi accelerometrici). Tecniche stereoscopiche di acquisizione delle immagini, PIV volumetrica. Per quanto concerne lo sviluppo di metodi di calcolo, si utilizzeranno generalmente codici di calcolo scritti in linguaggio Fortran, C o C++. Quando possibile, le tecniche sviluppate vengono applicate a casi rappresentativi della problematica in esame e convalidate attraverso confronto con altri risultati disponibili, ottenuti con metodi e/o tecniche diverse. (literal)
Descrizione di

Incoming links:


Descrizione
data.CNR.it