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Pradella, Irene (2015) ONDA TRASVERSALE STAZIONARIA INDOTTA
DAL DISTACCO ALTERNATO DEI VORTICI IN CORRISPONDENZA
DI UNA SCHIERA DI CILINDRI VERTICALI.
[Tesi di dottorato]

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2406Kb

Abstract (inglese)

An array of vertical cylinders in an otherwise uniform open channel flow can generate a
seiche in the transverse direction due to the lift associated with vortex shedding behind
each cylinder. Seiche amplitude attains a maximum at resonance, i.e., when the vortex
shedding frequency is close to the natural standing wave frequency.
The phenomenon at hand was studied both theoretically and experimentally.
A model to predict the maximum seiche amplitude has been proposed. The model is
based on the analytical solution of the linearized shallow water equations.
A large set of accurate experimental data has been collected aimed at validating the
proposed model and increasing our knowledge about the phenomenon.
The results are encouraging:
- the maximum relative wave amplitude is found to depend on hydraulic parameters, such
as the Froude number, and geometric parameters, such as the cylinders diameter and
density, and the channel width. The effects of these parameters are properly included in
the model to predict the maximum relative amplitude of the seiche, A/h. This is confirmed
by the good agreement between the theoretical and experimental results. In addition, the
proposed model agrees quite well with further experimental data available in the literature;
- for the first time two peaks of A/h in mode 1 have been detected;
- the formation of a longitudinal progressive wave, which composed with the transverse
seiche produces a metachronal wave, was experimentally observed.
The latter two points deserve further investigations.
The first two chapters of the thesis introduce the phenomenon and its main theoretical
aspects; the third chapter describes the mathematical model; the fourth chapter illustrates
the experimental investigation; the comparison between theoretical and experimental
results are presented and discussed in the fifth chapter; the sixth chapter is devoted to
some preliminary investigations on the longitudinal wave.

Abstract (italiano)

La ricerca esposta nella presente tesi è orientata a comprendere il fenomeno fisico che si
può realizzare quando una corrente a superficie libera investe una schiera di cilindri
verticali, collocata in un ambiente confinato come un canale: si può infatti assistere alla
formazione di una sessa trasversale, rispetto alla direzione del flusso principale
monodimensionale, con oscillazioni stazionarie della superficie libera tra le pareti del
canale.
L'approccio adottato per lo studio di questo fenomeno è stato duplice, sia teorico che
sperimentale. Per quanto riguarda il modello teorico, esso si basa sulla soluzione delle
equazioni linearizzate delle onde lunghe in acque basse. Lo studio sperimentale, condotto
in modo sensibilmente più accurato rispetto agli analoghi studi presenti in letteratura, ha
consentito di raccogliere una cospicua quantità di dati utilizzati sia per la validazione del
modello teorico che per affinare le conoscenze sul fenomeno.
I risultati raggiunti sono molteplici:
- si è dimostrata la dipendenza della massima ampiezza d'onda relativa da parametri
idraulici, quali il numero di Froude, e da parametri geometrici, quali il diametro e la densità
dei cilindri, e la larghezza del canale. L'effetto di questi parametri è correttamente incluso
all'interno della formula proposta per la massima ampiezza relativa, A/h come è
confermato dal buon accordo tra le previsioni teoriche e i dati sperimentali raccolti. Inoltre
il modello proposto consente di prevedere in maniera sufficientemente accurata anche i
dati di letteratura misurati dai vari studiosi che si sono occupati di questo fenomeno;
- si è rilevata per la prima volta la presenza di due distinti picchi di ampiezza relativa a
modo 1;
- è stata osservata la formazione di un'onda longitudinale progressiva che si sovrappone
all'oscillazione trasversale producendo complessivamente un’onda metacronale.
Questi ultimi due aspetti richiedono, tuttavia, un approfondimento.
Il lavoro di tesi si struttura con i primi due capitoli dedicati all'esposizioni degli aspetti
teorici del problema, un terzo capitolo in cui si descrive dettagliatamente il modello
matematico proposto, un quarto capitolo in cui viene presentato lo studio sperimentale
condotto in laboratorio, un quinto capitolo in cui viene descritto e commentato il confronto
tra le previsioni del modello e i risultati sperimentali e un sesto capitolo dedicato
all'approfondimento della tematica della comparsa di un'onda longitudinale progressiva.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Defina, Andrea
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 27 > scuole 27 > SCIENZE DELL'INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE
Data di deposito della tesi:27 Gennaio 2015
Anno di Pubblicazione:27 Gennaio 2015
Parole chiave (italiano / inglese):vortici, sessa, cilindri, risonanza, onda stazionaria / vortex, seiche, cylinders, resonance, transverse wave
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 08 - Ingegneria civile e Architettura > ICAR/01 Idraulica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale
Codice ID:7620
Depositato il:23 Nov 2015 14:30
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