Laboratorio di Ottica Applicata

Descrizione

Il laboratorio di Ottica Applicata svolge attività nel campo dello sviluppo ed applicazioni di tecniche di misura ottiche nel campo della termofluidodinamica.

Attività di ricerca

Una prima attività di ricerca che si svolge in questo settore riguarda le problematiche inerenti lo studio delle strutture dinamiche connesse con i vari meccanismi di scambio termico convettivo: convezione naturale e convezione forzata. La strumentazione sperimentale utilizzata è la Particle Image Velocimetry (PIV). La PIV (Particle Image Velocimetry) è una tecnica sperimentale non invasiva finalizzata a misurazioni istantanee di campi dinamici in sezioni di fluido. Tramite questa metodologia è possibile ottenere campi di velocità valutando il cammino percorso da particelle di inseminante mescolate con il fluido studiato. Ovviamente per avere risultati attendibili tali inseminanti devono avere caratteristiche tali da renderli simili al tipo di sostanza analizzata; per questo motivo prima di ogni campagna di misura viene effettuato un approfondito studio per la scelta dell'inseminante a secondo del fluido utilizzato. La sorgente laser utilizzata è costituita da un laser a doppia cavità Nd-Yag con una lunghezza d’onda pari a 532nm. L’acquisizione delle immagini ed il post-processamento sono state condotte con il software “Dynamic Studio” di proprietà della Dantec Dynamics.Le immagini della sezione di misura, illuminata da una lama laser, vengono catturate da una camera CCD (Hammatsu camera C8484-05C con 1344X1024 pixels). L’obiettivo della camera è protetto da un filtro con una lunghezza d’onda pari a 532nm in modo da schermare tutta la luce dell’ambiente circostante, che genererebbe rumore, lasciando passare sono la luce riflessa dalle particelle inseminanti. Ad oggi sono stati fatte numerose campagne sperimentali sul meccanismo dello scambio termico in cavità per convezione naturale con sorgenti concentrate. Tali tipologie di analisi rivestono un ruolo importante nel panorama scientifico internazionale dati i modesti dati sperimentali presenti in letteratura scientifica. Notevoli, infatti, sono le difficoltà che si possono riscontrare nell'ottimizzazione del banco prova per svolgere prove in convezione naturale mediante la PIV. Infine va sottolineato che, ogni campagna di misura condotta, è stata affiancata e supportata anche da simulazioni numeriche mediante il software ai volumi finiti Fluent. Il Laboratorio di Ottica Applicata  svolge anche ricerche riguardanti le problematiche connesse con lo scambio termico, in particolare vengono svolte analisi di tipo sperimentale e numerico riguardati la convezione naturale in cavità. La convezione naturale in cavità bidimensionali rappresenta uno caso di studio molto interessante sia dal punto di vista numerico che sperimentale; infatti sono molteplici le applicazioni ingegneristiche che possono essere ricondotte a questa geometria come i collettori solari, lo studio dei flussi d’aria interni agli edifici, sistemi di raffreddamento per apparecchiature elettroniche. Facendo un’attenta ricerca bibliografica si possono trovare diversi lavori svolti nel campo della convezione naturale sia numerici che sperimentali ma pochi sono quelli che trattano la convezione in cavità riscaldata dal basso o mediante sorgente concentrata di altezza nota e raffreddata alle pareti. Ultimamente infatti la ricerca compiuta è stata finalizzata ad approfondire proprio questa tematica ed in particolare gli effetti della posizione della sorgente calda e della sua altezza rispetto allo scambio termico generato in relazione alla pareti fredde laterali. Lo studio è stato condotto utilizzando la tecnica dell’interferometria olografica in real time ed a doppia esposizione per avere sia fluttuazioni temporali che valutazioni in regime stazionario. Differenti sono state le figure interferometriche ottenute a seconda del numero di Rayleigh e della posizione della strip calda e della sua altezza; da esse si sono potuti ricavare i numeri di Nusselt sulla pareti calde e da qui una relazione empirica che potesse fornire la correlazione tra il numero di Rayleigh e di Nusselt. Tutto questo viene costantemente accompagnato dallo studio numerico del fenomeni fisico valutato sperimentalmente. A tale scopo viene utilizzato un software ai volumi finiti: il Fluent. Per ogni problematica studiata tale codice funge da supporto, viene validato con le prove sperimentali per poi essere utilizzato per ampliare il campo di ricerca.

Attrezzature

Figura 1. Banco prova per test di interferometria olografica

 

Figura 2. Particle Image Velocimetry

Responsabile
 

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