Mele, Domenico (2010) Studio teorico e sperimentale del movimento del pelo libero di un liquido (sloshing) contenuto in recipienti di varia forma e soggetti a movimenti di tipo sismico. [Tesi di dottorato] (Unpublished)

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Abstract

L’argomento affrontato quindi in questa tesi di dottorato è il fenomeno dello sloshing che rappresenta il movimento di un liquido all’interno di un contenitore, mentre tenta di raggiungere uno stato di equilibrio, per effetto dell'accelerazione istantanea (gravitazionale, traslazionale, ecc.) sentita dal liquido. Tale fenomeno ha attirato l'attenzione dei ricercatori scientifici fin dagli anni 50. I campi principali di interesse riguardano i serbatoi di combustibile degli aerei, i serbatoi trasportati sulle navi, i fenomeni sismici sui serbatoi di stoccaggio di gas naturale liquefatto (LNG) e di combustibili liquidi. In questo lavoro di tesi si è scelto di analizzare tale fenomeno attraverso metodi CFD, cioè attraverso la soluzione ai volumi finiti delle equazioni differenziali che governano il moto del fluido. Nello specifico si è utilizzato il metodo VOF per il tracciamento della superficie libera. Molti codici CFD sono commercialmente disponibili. Nel caso in esame è stato utilizzato Fluent. Nel primo capitolo si è riportata un’analisi bibliografica della modellazione del fenomeno oggetto di studio. Dalla trattazione matematica, con la teoria lineare dell’onda, sino ai modelli meccanici equivalenti. Di particolare interesse è la prima modellazione meccanica presentata da Housner nel 1963 e quella ultima proposta da Malhotra nel 2000. Queste due modellazioni infatti sono alla base delle norme internazionali per quanto riguarda l’interazione fluido-struttura nei serbatoi. Nel secondo capitolo si è presentato nel dettaglio il modello VOF per la simulazione numerica del fenomeno con il software commerciale Fluent. Nel terzo capitolo invece si è definito cosa si intende per accelerogramma e cosa prevede la normativa italiana per il suo impiego nella simulazione di un evento sismico. Nel quarto capitolo si è presentata la progettazione e la realizzazione di un sistema di movimentazione sperimentale mono-assiale, capace di riprodurre in laboratorio un movimento sinusoidale tale da generare un oscillazione del pelo libero di un liquido contenuto in un serbatoio. Si è presentata anche la tecnica di acquisizione dei dati sperimentali attraverso l’utilizzo di una telecamera veloce e la tecnica dell’analisi delle immagini registrate. Inoltre si è definito il modello numerico approntato con Fluent specificando quale solutore si utilizzato, quali sono le condizioni al contorno e quelle iniziale dell’esperimento condotto in laboratorio. Nel quinto capitolo si è proceduti quindi al confronto tra i dati numerici con quelli sperimentali. Infine si è individuata una esperienza sperimentale in letteratura e si è voluto validare ulteriormente il modello numerico confrontando i dati ottenuti dalla sua applicazione all’esperimento descritto, con gli stessi dati sperimentali riportati in letteratura. Nel sesto capitolo si è proceduti alla definizione e alla progettazione di un altro sistema di movimentazione a 4 gradi di libertà con la possibilità questa volta di poter caratterizzare una funzione spostamento rendendo così il moto impresso al serbatoio più rispondente a quello dovuto ad un sisma. Nel settimo capitolo, confortati dalla validazione del modello numerico, si è inteso applicarlo ad un serbatoio cilindrico per lo stoccaggio di gasolio sottoposto ad un evento sismico. Tale evento sismico è stato simulato con gli accelerogrammi opportunamente implementati in Fluent. I risultati della simulazione numerica sono stati poi presentati sottoforma di andamenti temporali della distribuzione di pressione, del moto del baricentro del fluido, della delle forze e dei momenti esercitati dal fluido sulla struttura e di quanto esso si sia sollevato. Nell’ottavo capitolo si è inteso riportare un’altra applicazione del modello numerico ad un altro tipo di serbatoio questa volta di forma troncoconico contenete sali fusi per l’accumulo termico. Anch’esso è stato sottoposto ad un evento sismico, simulato con gli aggelerogrammi sempre opportunamente implementati in Fluent. Anche per questa applicazione i risultati della simulazione numerica sono stati presentati sottoforma di andamenti temporali della distribuzione di pressione, del moto del baricentro del fluido, della delle forze e dei momenti esercitati dal fluido sulla struttura e di quanto esso si sia sollevato. In fine nel nono capitolo si è proceduti al confronto tra il massimo sollevamento del pelo libero avuto con la simulazione numerica dei due serbatoi, quello cilindrico e quello troncoconico, e con quanto invece previsto dall’applicazione delle norme internazionali quali: l’Eurocodice 8, parte 4, l’API 650 e l’Indian Standar Code.

Item Type: Tesi di dottorato
Uncontrolled Keywords: Sloshing; Storage; Earthquake; CFD; Brusheless
Depositing User: Francesca Migliorini
Date Deposited: 10 Dec 2010 21:36
Last Modified: 30 Apr 2014 19:44
URI: http://www.fedoa.unina.it/id/eprint/8037

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