CASPUR 2011
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DRODINAMICA DA PRINCIPI PRIMI
Le teorie del continuo per la modellizzazione di processi idrodinamici hanno permesso di descrivere molti fenomeni di interesse per la ricerca di base e applicata. Esistono, però, fenomeni che non sono correttamente modellizzati da queste teorie (ad esempio le instabilità di Rayleigh–Taylor e di Richtmyer–Meshkov, come descritto in [1]). Un ulteriore limite di queste teorie è che richiedono la conoscenza dei parametri fenome-nologici che caratterizzano le equazioni costitutive che, assieme alle equazioni di continuità, sono alla base delle teorie del continuo. Nonostante ciò, la descrizione a “campi” sembra essere ancora un linguaggio ade-guato per descrivere questi fenomeni. Perciò, lo sviluppo di metodi simulativi che permettano il calcolo di tali campi sulla base delle leggi fondamentali della fisica atomistica e molecolare e le leggi della meccanica statistica di non-equilibrio sono un elemento fondamentale per lo sviluppo di questo settore.
Offerta
Il Gruppo di Scienza dei Materiali ha collaborato allo sviluppo di metodi per lo studio di fenomeni idrodinamici basati sulla dinamica molecolare. Tali metodi, che sono stati sviluppati in collaborazione con esperti internazio-nalmente riconosciuti, sono oggi implementati nella suite di codici CMSApi/CMPTool, anche questi sviluppati e mantenuti dal Gruppo di Scienza dei Materiali. Questi codici sono distribuiti con licenza open source sul sito del gruppo https://cmsportal.caspur.it. Il personale del gruppo svolge attività di supporto alla ricerca sia attraverso il coinvolgimento diretto in progetti scientifici sia implementando nei propri codici, o in codici di comunità utilizzati dagli utenti, le tecniche sopra elencate.
HPC
Collaborazioni
Il progetto più rilevante in questo settore e di recente sviluppo, è la simulazione del rilas-samento dell’interfaccia tra due liquidi immiscibili. Tale progetto, portato avanti in collabora-zione con l’University College of Dublin e con la Sapienza, Università di Roma (Professor G. Ciccotti), è stato presentato a diverse conferenze internazionali, suscitando l’interesse degli esperti del settore della meccanica statistica computazionale di non-equilibrio. Un possibile sviluppo di questa ricerca è lo studio della reattività chimica in fluidi in diverse condizioni di flusso, d’interesse per la simulazione della reattività chimica nelle condizioni tipiche dei re-attori industriali.
Risultati
Nel tempo, sono state sviluppate diverse tecniche per simulare l’idrodinamica attraverso simulazioni di dinamica molecolare. Tali tecniche, però, non sono basate su solidi fondamenti teorici. Un sostanziale risultato ottenuto da questa ricerca è stato il dimostrare che tali tec-niche possano produrre risultati artefatti, in contrasto con quanto atteso sulla base di consi-derazioni generali sulla simmetria del problema. Al contrario, gli equivalenti risultati ottenuti con la nostra tecnica basata sui principi fondamentali della meccanica statistica di non-equi-librio danno risultati in accordo con le previsioni teoriche. I risultati teorici e applicativi sono stati descritti in due pubblicazioni scientifiche [2,3] e in diverse conferenze internazionali.
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Bibliografia essenziale
[1] Kadau, K., Rosenblatt, C., Barber, J.L., Germann, T.C., Huang, Z., Carlé, P., Alder B. J. (2007). The im-portance of fluctuations in fluid mixing, Proceedings of the National Academy of Science, 104(19), 7741-7745.
[2] Orlandini, S., Meloni, S., Ciccotti, G., in pubblicazione su AIP Conference Proceedings. [3] Orlandini, S., Meloni, S., Ciccotti,G., in preparazione.
School of Physics,
University College of Dublin e Gruppo di Scienze dei Materiali Simone Meloni s.meloni@caspur.it Gruppo di Scienze dei Materiali Sergio Orlandini s.orlandini@caspur.it
