Department of Fluid Mechanics

Head of Department: Prof. Alfredo Soldati (e-mail)

Scientific and Dissemination Activities: Dr. Cristian Marchioli (e-mail)

Multiphase dispersed flows are common in a wide spectrum of engineering applications and environmental processes: examples include fluid transport in pipelines, filtration systems, pulp and paper making, drug delivery devices, pollutant dispersion. The Department of Fluid Mechanics (DFM) has been working on multiscale characterization of multiphase flows in close connection with industrial partners, public institutions and international research networks. Primary objectives of DFM is to combine state-of-the-art numerical and experimental research tools to improve physical understanding of heat, mass and momentum transfer phenomena and to use fundamental knowledge for developing phenomenological predictive models.

The most recent practical problems investigaed by the DFM are:
1. Pulp and paper production – DFM is leading a pan-European network which will help to promote and disseminate simulation techniques and computational models pertinent to the pulp and paper industry. The network is part of the European Cooperation in Science and Technology (COST) program and will run until 2015.
2. Fluid transport in pipelines – Work is in progress to improve current understanding of drag reduction mechanisms via experimental measurements for different type/concentration of additives at large Reynolds numbers in a large-scale facility.
3. Design of particulate and pollutant emission control devices – DFM leads a project, recently funded by the Regional Authority Regione FVG, aimed at elucidating the physics/chemistry relevant for the design of innovative high-performance abatement systems (particulate and catalytic filters), as required by the challenging limitations imposed by new European standards for emission control (Euro 6). Partners of the projects are the University of Udine (CIFI and DCFA) and three private companies (Arco Solution srl, QID srl and Palazzetti spa) which will cooperate in the design, production and testing of new prototype wall filters.
4. Continuous casting processes – At DFM performance optimization of continuous casting processes is sought via numerical simulations to improve tundish design and performances in terms of both thermal/chemical homogenization and inclusion separation.

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I flussi multifase caratterizzano numerose applicazioni ingegneristiche, in ambito industriale (trasporto di fluidi in tubazione, sistemi di filtrazione, produzione di carta e polpa di cellulosa) ma anche in settori quali quello biomedicale (cateteri ad infusione) ed aerospaziale (sistemi propulsivi di micro-satelliti). Sono altresì di fondamentale importanza in molti processi ambientali, legati ad esempio alla dispersione di inquinanti in atmosfera o allo scambio di anidride carbonica all’interfaccia tra atmosfera e oceano. Il Dipartimento di FluidoDinamica (DFD) è da tempo attivo sul fronte della caratterizzazione multiscala dei flussi multifase, in stretta collaborazione con partner industriali, istituzioni pubbliche e network di ricerca internazionali. Obiettivo primario del DFD è combinare tecniche numeriche e sperimentali di stato dell’arte per migliorare la comprensione fisica dei fenomeni di trasporto di massa, quantità di moto e calore, utilizzando le conoscenze acquisite per sviluppare modelli predittivi affidabili ed accurati.

Alcune applicazioni analizzate recentemente dal DFD sono:
1. Produzione di carta e polpa di cellulosa – Il DFD coordina un network pan-Europeo per la promozione e la disseminazione di tecniche di simulazione e modelli computazionali nell’industria della carta e del legno. Il network fa parte del programma COST (European Cooperation in Science and Technology) e terminerà nel 2015.
2. Trasporto di fluidi in pipeline – Sono in corso attività sperimentali per la caratterizzazione dei meccanismi di riduzione di attrito in sospensioni di fibre ad elevato numero di Reynolds. Le misure vengono effettuate in un set-up su scala industriale per diverse tipologie di fibre al variare della loro concentrazione.
3. Progettazione di sistemi di controllo delle emissioni – Il DFD coordina un progetto di ricerca, recentemente finanziato dalla Regione FVG, finalizzato alla comprensione dei meccanismi chimico-fisici che determinano le specifiche di progettazione dei sistemi di abbattimento (filtri catalici), definite sulla base degli attuali standard europei sul controllo delle emissioni (Euro 6). Partner del progetto sono l’Università di Udine (CIFI, DCFA), Arco Solution srl, QID srl e Palazzetti spa, che collaboreranno alla progettazione, produzione e prototipazione di filtri innovativi.
4. Processi di colata continua – Sfruttando le tecniche CFD di simulazione numerica, il DFD si sta occupando di migliorare tali processi andando ad ottimizzare la progettazione della paniera, migliorare i processi di omogeneizzazione termica/chimica e massimizzando l’efficienza di separazione delle inclusioni.