Antonio Barletta

Le attività di ricerca nell'ambito della convezione forzata e mista entro condotti hanno lo scopo principale di approfondire, dal punto di vista fisico/matematico, le metodologie ed i modelli comunemente applicati nella progettazione industriale. E' noto, infatti, che processi termofluidodinamici in regime di convezione forzata e mista rivestono una grande importanza nell'analisi di scambiatori di calore e di dispositivi di controllo termico, ivi incluse anche le recenti applicazioni in ambito MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), nello studio di flussi in pipelines per idrocarburi, nonché nel progetto di apparati per l'estrusione di polimeri. Aspetti metodologici di notevole interesse scientifico emergono specialmente in quei regimi di moto che prevedono interazioni complesse tra differenti effetti fisici quali quelli legati al moto in mezzi porosi, o alla presenza di fluidi con comportamenti reologici non newtoniani, oppure quelli legati alla dissipazione viscosa nel fluido, al regime non stazionario e alla presenza di condizioni al contorno complesse.  Tra le principali linee di ricerca che saranno affrontate si tratteranno i seguenti temi.    

1) ANALISI DELLA STABILITA' DI MOTI CONVETTIVI IN MEZZI POROSI  
Un argomento di interesse nell'ambito della convezione mista in mezzi porosi è l'analisi di stabilità dei moti. In letteratura, grande attenzione è stata dedicata a questo argomento, ed è di interesse sia per la ricerca in geofisica sia per la progettazione ingegneristica. Possibili applicazioni includono l'analisi delle correnti d'acqua in una roccia porosa, la dispersione sotterranea degli inquinanti, il miglioramento delle prestazioni nell'isolamento degli edifici, nei collettori e negli stagni solari. Moltissimi autori hanno approfondito il problema basilare della stabilità in un canale orizzontale (problema di Darcy-Bénard), sia utilizzando modelli di mezzi porosi più complessi della legge di Darcy, sia modificando le condizioni esterne. Obiettivo di questa linea di ricerca è l'analisi di stabilità della convezione forzata e mista, con riferimento a canali orizzontali. Particolare attenzione sarà dedicata all'analisi di stabilità lineare di soluzioni che descrivano moti in presenza di rilevanti effetti della dissipazione viscosa. Le instabilità indotte dalla dissipazione viscosa rappresentano infatti una nuova ed interessante frontiera nell'ambito delle attuali conoscenze sulle instabilità termoconvettive di tipo Rayleigh-Bénard. Normalmente le instabilità termoconvettive sono attivate attraverso le condizioni al contorno termiche. Le instabilità termoconvettive di tipo dissipativo sono invece generate dal moto stesso del fluido attraverso la generazione di calore per attrito viscoso.  In condotti circolari o anulari contenenti un mezzo poroso saturato da un fluido, condizioni al contorno non assisimmetriche possono dare luogo a fenomeni di instabilità di tipo Rayleigh-Bénard. In tali casi l'analisi delle instabilità lineari può essere ricondotta alla formulazione di problemi agli autovalori bidimensionali su domini circolari o anulari. La soluzione numerica di tali problemi può essere affrontata utilizzando il metodo di Galerkin agli elementi finiti. 
  
2) INSTABILITA' DEL MOTO IN FLUIDI NON-NEWTONIANI E DISSIPATIVI  
Le instabilità idrodinamiche e termoconvettive in fluidi non newtoniani rappresentano un importante argomento di ricerca applicata, legato alle problematiche tecnologiche dell'industria chimica di processo e, in particolare, alla lavorazione dei materiali polimerici e dei fluidi alimentari. La complessità del comportamento reologico del fluido, l'importante effetto della dissipazione viscosa, nonché la forte variabilità delle proprietà del fluido con la temperatura, determinano interessanti problemi di modellazione fisico-matematica degli stati di moto nei processi di convezione e stimolanti aspetti legati all'instabilità di tali moti. Recentemente è stato avviato un programma di ricerca volto all'analisi delle instabilità di tipo Rayleigh-Bénard in mezzi porosi saturati da fluidi con legge di potenza. Obiettivo di ricerche future in tale ambito è l'estensione al caso di fluidi con yield-stress ed a fluidi viscoelastici.    

3) NUOVI ASPETTI LEGATI ALL'INSTABILITA' DEI MOTI DI TIPO COUETTE O POISEUILLE IN CANALI PIANI 
E' noto che il moto laminare alla Poisuille in un canale piano parallelo può essere soggetto ad instabilità lineari di tipo idrodinamico, mentre tali instabilità non si hanno nel caso del moto alla Couette. Una nuova prospettiva su tale problematica si basa sullo studio di fluidi ad elevata viscosità (elevato numero di Prandtl), per i quali l'effetto della dissipazione viscosa risulta essere un fenomeno importante rispetto al bilancio dell'energia. Per tali fluidi l'attivazione di instabilità lineari è osservato sia nel moto alla Poiseuille che nel moto alla Couette. Tali instabilità, pur di tipo termoconvettivo, sono legate alla dissipazione viscosa nel fluido e possono essere più critiche della stessa instabilità idrodinamica nel caso del moto alla Poiseuille.