Gravina, Teresita (2006) Il fenomeno della fluidizzazione nella dinamica delle correnti piroclastiche dense. [Tesi di dottorato] (Unpublished)

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[ITALIANO] Le correnti piroclastiche sono definite come miscele bifasiche, composte da una fase solida (particele juvenili e non juvenili) disperse in una fase gassosa. Caratteristica peculiare dei flussi piroclastici è il moto ascensionale della fase gassosa al loro interno. La componente volatile può raggiungere velocità tali da sostenere completamente la fase solida istaurando una condizione di fluidizzazione. Le osservazioni disponibili in letteratura suggeriscono che il moto di un flusso piroclastico possa essere, almeno in parte, interpretato sulla base delle teorie per l’analisi dei fenomeni di fluidizzazione e della dinamica dei sistemi granulari. La presente tesi di dottorato ha studiato dal punto di vista teorico e sperimentale il comportamento fluidodinamico di miscele granulari di origine piroclastica. Il moto rapido delle correnti piroclastiche dense è stato inquadrato concettualmente alla luce delle teorie utilizzate per l’analisi di flussi granulari veloci. Su queste basi si è sviluppato un criterio per cui l’elevata velocità di propagazione delle correnti piroclastiche permette l’instaurarsi di una condizione di auto-fluidizzazione della fase solida. La parte sperimentale ha affrontato la caratterizzazione fluidodinamica di materiali piroclastici. Le miscele, di origine naturale, presentano diverse caratteristiche granulometriche e litologiche e si ritengono rappresentative di sistemi granulari che costituiscono correnti piroclastiche reali. In particolare si sono studiati i fattori che favoriscono il raggiungimento, e la conservazione, dello stato di fluidizzazione. I risultati sperimentali hanno evidenziato che: una fase solida compresa in un ampio intervallo dimensionale e con elevate percentuali di particelle fini, aumenta la capacità di propagazione di una corrente piroclastica. Inoltre, la presenza di un flusso di scorrimento migliora la qualità della fluidizzazione e ne favorisce la stabilizzazione. / [ENGLISH] Pyroclastic flows are fluidized mixtures of solid particles and gases, which move rapidly subject to gravity. Upflow of gas across the flow is a common feature of a pyroclastic density current. The ascent velocity of the gas across the current may be so large to establish a fluidized state in the granular phase. For this reason, the definition of the fluidodynamic behaviour of pyroclastic granular solids is relevant to fully characterize the pyroclastic flow. Previous studies suggest that the pyroclastic flow motion can be read through the theories that analyze the fluidization phenomena and internal dynamics of the granular systems. The present research reports a theorical and experimental approach to the investigation of the fluidoyinamical behaviour of pyroclastic granular mixtures. The theorical approach focused on the dynamics of the frontal zone of a dense pyroclastic density current, in particular on the establishment of motion-induced air entrainment and onset of self-fluidization. A simplified theoretical framework is proposed, based on the hypothesis of fully developed turbulent flow and pseudo-homogeneous behaviour of the gas-solid suspension. The experimental campaign focused on the fluidodynamic characterization of pyroclastic natural mixtures. The pyroclastic material, used for the experimental phase, has different litological and granulometrical characteristic, and is thought to be representative of granular phase of real pyroclastic currents. The experimental campaign has been focused on the features that enhance the fluidization state. The experimental results showed that the fluidized state was enhanced in polydispersed and fine enriched pyroclastic mixtures. In particular, the occurrence of a shear flow during the experiment improved the quality of the fluidization and enhanced its stabilization.

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