Descrizione della commessa "La complessità nei sistemi granulari e in altri sistemi stazionari e fuori equilibrio (MD.P02.022)"

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  • Descrizione della commessa "La complessità nei sistemi granulari e in altri sistemi stazionari e fuori equilibrio (MD.P02.022)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Lo studio dei fenomeni di traffico di veicoli e pedoni e' parte integrante dello studio dei fluidi granulari. (literal)
Strumentazione
  • Nella commessa ci si avvale dei seguenti strumenti: Un cluster per il calcolo, composto da 16 nodi ciascuno con 2 quad-core, per un totale di 128 unita' di calcolo. Uno shaker (vibration test) con amplificatore (modello LDS455) per esperimenti su fluidi granulari. Una telecamera rapida in grado di raggiungere 500fps full resolution (1.2 Megapixel) e fino a 10^6fps a risoluzioni minori. Accelerometri, oscilloscopi e generatori d'onda di diverso tipo. Una scheda di acquisizione National Instrument \"NI USB 6343\". Quattro encoder angolari ad alta frequenza. (literal)
  • Un cluster per il calcolo, composto da 16 nodi ciascuno con 2 quad-core, per un totale di 128 unita' di calcolo. Uno shaker (vibration test) con amplificatore (modello LDS455) per esperimenti su fluidi granulari. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Studio dei sistemi granulari nello stato fluido, ovvero in regimi diluiti e di forzaggio esterno intenso (lontani o nelle vicinanze del jamming, ma sempre \"sopra\" la transizione vetrosa). L'interesse per questi sistemi, nascendo in ambito applicativo (industria farmaceutica, ingegneria, trasporto e mescolamento delle polveri, etc.), ha una profonda valenza teorica: lo stato fluido che si ottiene e' stazionario ma fuori equilibrio, per via della presenza di correnti di energia introdotte dal forzaggio esterno e dissipate nelle collisioni e nei processi di attrito. La descrizione generale di questi sistemi e' quindi un test delle moderne teoria di meccanica statistica fuori equilibrio. (literal)
  • Studio dei sistemi granulari nello stato fluido, ovvero in regimi diluiti e di forzaggio esterno intenso (lontani o nelle vicinanze del jamming, ma sempre \"sopra\" la coiddetta transizione vetrosa). L'interesse per questi sistemi, nascendo in ambito applicativo (industria farmaceutica, ingegneria, trasporto e mescolamento delle polveri, etc.), ha una profonda valenza teorica: lo stato fluido che si ottiene e' stazionario ma fuori equilibrio, per via della presenza di correnti di energia introdotte dal forzaggio esterno e dissipate nelle collisioni e nei processi di attrito. La descrizione generale di questi sistemi e' quindi un test delle moderne teoria di meccanica statistica fuori equilibrio. (literal)
Competenze
  • Il capo della commessa ha un'esperienza decennale nello studio dei fluidi granulari ed e' vincitore di una selezione per un ERC-Starting Grant, che ha dato luogo ad un finanziamento FIRB quinquennale sul tema dei sistemi granulari e delle loro proprieta' di non-equilibrio. (literal)
  • Il capo della commessa ha un'esperienza decennale nello studio dei fluidi granulari ed e' vincitore di una selezione per un ERC-Starting Grant, che ha dato luogo ad un finanziamento FIRB quinquennale sul tema dei sistemi granulari e delle loro proprieta' di non-equilibrio. Nella commessa operano anche un ricercatore a tempo indeterminato con ampie competenze nella meccanica statistica dei sistemi disordinati e fuori-equilibrio, esperto di fluttuazione e dissipazione, nonche' tre contrattisti post-dottorato con competenze diverse e complementari nelle tematiche del progetto: 1) esperto di fluidi granulari, dinamica molecolare di elementi duri anelastici, e motori Browniani; 2) esperto di sistemi disordinati e granulari densi, dinamiche MonteCarlo e dinamica statistica (fluttuazione dissipazione di sistemi fuori-equilibrio); 3) esperto di vetri e dinamiche di aging, e di sistemi dinamici con rilassamenti lenti. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Una migliore comprensione dello stato fluido dei materiali granulari ha fortissime ricadute applicative che vanno dalla soluzione dei problemi di mescolamento e separazione (polveri o granaglie di tipo diverso) fino allo studio dei fenomeni del traffico di veicoli o di pedoni (che sono elementi granulari). (literal)
Tecnologie
  • La modellazione principale del fluido granulare consiste nel modello microscopico di sfere dure interagenti tramite urti inelastici, a cui si accoppia un meccanismo di forzaggio esterno che puo' essere piu' o meno complicato (forzanti esterne applicate alle pareti inducono gradienti e non-omogeneita', forzanti \"diffuse\", simili a termostati di bulk, sono piu' lontane dai setup sperimentali ma riducono le difficolta' di modellazione e hanno dei vantaggi nelle situazioni in cui le correnti spaziali non sono essenziali). (literal)
Obiettivi
  • Gli obiettivi delle ricerche incluse in questa commessa coincidono interamente con quelli del progetto GranularChaos (finanziato FIRB-IDEAS dal 2009 al 2014): ottenere una teoria possibilmente autosufficiente che stabilisca relazioni di tipo predittivo tra proprieta' microscopiche (di singolo grano) e proprieta' mesoscopiche (coefficienti del trasporto e fluttuazioni delle correnti). Ricadute di principale interesse in ambito teorico sono la possibilita' di comprendere meglio i fenomeni di mecc.statistica di non equilibrio e proporre eventuali nuove forme universali di relazioni di fluttuazione e fluttuazione-dissipazione. Dettagli maggiori si possono trovare sulla presentazione del progetto http://oldboy.phys.uniroma1.it/index.php?option=com_content&view=article&id=149:granular-gas-and-non-equilibrium-statistical-mechanics&catid=72:granular-systems&Itemid=3112 (literal)
  • Gli obiettivi delle ricerche incluse in questa commessa coincidono interamente con quelli del progetto GranularChaos (finanziato FIRB-IDEAS dal 2009 al 2014): ottenere una teoria possibilmente autosufficiente che stabilisca relazioni di tipo predittivo tra proprieta' microscopiche (di singolo grano) e proprieta' mesoscopiche (coefficienti del trasporto e fluttuazioni delle correnti). Ricadute di principale interesse in ambito teorico sono la possibilita' di comprendere meglio i fenomeni di meccanica statistica di non equilibrio e proporre eventuali nuove forme universali di relazioni di fluttuazione e fluttuazione-dissipazione. Dettagli maggiori si possono trovare sulla presentazione del progetto http://oldboy.phys.uniroma1.it/index.php?option=com_content&view=article&id=149:granular-gas-and-non-equilibrium-statistical-mechanics&catid=72:granular-systems&Itemid=3112 (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi dieci-quindici anni e' stata sviluppata una teoria cinetica del mezzo granulare in estrema diluizione (gas granulare), da cui si deduce una idrodinamica con termini peculiari della granularita' (sink energetico e nuovi coefficienti del trasporto che accoppiano correnti e gradienti non presenti in fluidi \"elastici\"). Esistono tuttavia due gap principali da riempire: 1) un ponte che interpoli tra queste teorie dello stato diluito e le teorie, di natura completamente diversa, che riguardano i sistemi densi in regime non-stazionario o altamente non-ergodico (sistemi di densita' intermedia, in cui e' ancora presente una apparente ergodicita', ma il caos molecolare o la sua prima correzione - approssimazione di Enskog - non e' piu' verificato); 2) una teoria delle fluttuazioni, che nei sistemi granulari (composti da 10^3-10^4 particelle, anziche' 10^20 come nei fluidi molecolari) sono fondamentali e accompagnano sempre ogni fenomeno anche idrodinamico, i.e. un granulare e' sempre un sistema mesoscopico. (literal)
  • Negli ultimi dieci-quindici anni e' stata sviluppata una teoria cinetica del mezzo granulare in estrema diluizione (gas granulare), da cui si deduce una idrodinamica con termini peculiari della granularita' (sink energetico e nuovi coefficienti del trasporto che accoppiano correnti e gradienti non presenti in fluidi \"elastici\"). Esistono tuttavia due gap principali da riempire: 1) un ponte che interpoli tra queste teorie dello stato diluito e le teorie, di natura completamente diversa, che riguardano i sistemi densi in regime non-stazionario o altamente non-ergodico (sistemi di densita' intermedia, in cui e' ancora presente una apparente ergodicita', ma il caos molecolare o la sua prima correzione - approssimazione di Enskog - non e' piu' verificato); 2) una teoria delle fluttuazioni, che nei sistemi granulari (composti da 10^3-10^4 particelle, anziche' 10^20 come nei fluidi molecolari) sono fondamentali e accompagnano sempre ogni fenomeno anche idrodinamico: si dice infatti che un granulare e' sempre un sistema mesoscopico. (literal)
Tecniche di indagine
  • La commessa si avvale di tre principali schemi metodologici: 1) le simulazioni numeriche (dinamica molecolare di fluidi granulari e tecniche di Direct Simulation Monte Carlo per i casi piu' diluiti); 2) l'approccio analitico (equazioni di Boltzmann, Fokker-Planck e Master Equation quando possibile); 3) l'esperimento diretto, previsto nel progetto FIRB-IDEAS \"Granular Chaos\" che e' interamente poggiato su questa commessa (dal 2010). (literal)
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