Modellazione Lattice Boltzmann di flussi complessi per applicazioni ingegneristiche

Titolo originale:

Lattice Boltzmann Modeling of Complex Flows for Engineering Applications

Contenuto del libro:

La natura presenta continuamente un numero enorme di fenomeni complessi e multiscala, che in molti casi implicano la presenza di uno o più fluidi che scorrono, si fondono ed evolvono intorno a noi. Fin dalla sua comparsa sulla superficie terrestre, l'umanità ha cercato di sfruttare e addomesticare i fluidi per i propri scopi, probabilmente partendo dal macchinario di Ero per aprire le porte del Tempio di Serapide ad Alessandria d'Egitto per arrivare ai moderni sistemi di propulsione e attuatori. Oggi sappiamo che la meccanica dei fluidi è alla base di innumerevoli applicazioni scientifiche e tecniche, dalle scale fisiche più piccole (nanofluidica, motilità batterica e flussi diffusivi in mezzi porosi), alle più grandi (dalla produzione di energia nelle centrali elettriche all'oceanografia e alla meteorologia). È essenziale approfondire la comprensione del comportamento dei fluidi su tutte le scale per il progresso dell'umanità e per un futuro più sostenibile ed efficiente.

Fin dai primi anni del Terzo Millennio, il Metodo Lattice Boltzmann (LBM) ha visto una crescita esponenziale di applicazioni, soprattutto nei campi legati alla simulazione di flussi di materia complessi e morbidi. LBM, infatti, ha dimostrato una notevole versatilità in diversi campi di applicazione, dai materiali nanoattivi, ai flussi a superficie libera, ai flussi multifase e reattivi, fino alla simulazione dei processi all'interno di motori e macchine a fluido. LBM si basa su una formulazione ottimizzata dell'equazione cinetica di Boltzmann, che permette di simulare le particelle fluide, o meglio le quasi-particelle, da un punto di vista mesoscopico, consentendo così l'inclusione di interazioni fisiche più fondamentali rispetto agli schemi standard adottati con i solutori di Navier-Stokes, basati sull'ipotesi di continuum.

In questo libro, gli autori presentano i più recenti progressi nell'applicazione della LBM a fenomeni di flusso complessi di interesse scientifico e tecnico, con particolare attenzione alla modellazione multiscala della catalisi eterogenea all'interno di mezzi nano-porosi e di flussi multifase e multicomponente.