WAVE DRIVEN DEVICES FOR THE OXYGENATION OF BOTTOM LAYERS

Presentata Da:, Alessandro Coordinatore, Dottorato Relatore, Chiar Mo, Lamberti Alberto, Chiar, Alberto Mo, Lamberti
unpublished
Esame finale anno 2013-2014 ii ACKNOWLEDGMENTS Questo capitolo della tesi esula notevolmente dagli altri e da tutto il resto del lavoro. In questa sezione vorrei ringraziare chi, in un modo o in un altro, mi è stato vicino e d'aiuto in questo percorso. Si tratta di parole e non di numeri o fenomeni fisici e vista la mia mancanza in questo ambito, così distante dall'ingegneria, spero che tutte le persone che non sono citate o ringraziate a dovere non se ne abbiano a male. Sono passati tre anni,
more » ... passati tre anni, intensi ed entusiasmanti dove sono state poche le volte, se non forse nessuna, in cui è stato un peso per me alzarmi e andare a lavorare. E questo, credo, sia una cosa impagabile, con nessun tipo stipendio o alcuna posizione prestigiosa. Per questo, il primo e più doveroso ringraziamento va al mio tutor, Professore Alberto Lamberti, che in un'estate di circa quattro anni fa si vide arrivare in ufficio uno sconosciuto che gli chiedeva di fargli da tutor durante il periodo di dottorato. Per la fiducia dimostrata, da quel giorno sino ad oggi, e per il continuo supporto in tutte le attività che ho portato avanti durante il dottorato, non posso che esprimergli la mia più totale gratitudine. Una seconda importante figura di questo dottorato è stata la Professoressa Renata Archetti, che è stata presente ogni volta in cui ho avuto bisogno; rivolgendosi a me sempre con il sorriso. Vorrei rivolgerle un grazie particolare e doveroso per avermi coinvolto in numerose attività, dandomi la possibilità di lavorare con nuove persone e con altri gruppi di ricerca. Un ringraziamento va poi alla Professoressa Nadia Pinardi, che ha reso possibile un periodo della mia vita che non potrò mai dimenticare, quello newyorkese. E' proprio durante quei sei mesi passati allo Stevens Institute of Technology che ho conosciuto delle persone stupende, che mi hanno accolto nel loro laboratorio con entusiasmo ed affetto. Per questo, un caloroso ringraziamento lo devo al Professor Alan Blumberg ed al Professor Len Imas che mi hanno messo a disposizione le loro conoscenze e le loro strutture. Inoltre, non posso che ringraziare anche i ragazzi dell'aula studenti al Davidson iii Laboratory: Javier, i tuoi consigli mi hanno cambiato molto. Larry, Bin, Gong avete reso quei giorni ancora più piacevoli di quello che potevano essere. Infine, un grazie speciale non può che andare ai miei genitori, che hanno fatto si che io sia quello che sono ora; ma soprattutto ad Agnese che mi è sempre stata vicina e ha sopportato con pazienza il mio andare e tornare da Bologna. Con affetto Alessandro iv ABSTRACT Counteract one of the most urgent environmental issues in estuarine and coastal ecosystems as eutrophication, hypoxia and anoxia is a main goal for many countries around the world. According to the European Union, developing new projects to preserve native species, habitat and ecological and biological processes in coastal areas is a priority action sector for the Italian government. This thesis discusses the design of a system to use wave energy to pump oxygen-rich surface water towards the bottom of the sea. A simple device, called OXYFLUX, is proposed in a scale model and tested in a wave flume in order to validate its supposed theoretical functioning. Once its effectiveness has been demonstrated, a overset mesh, CFD model has been developed and validated by means of the physical model results. Both numerical and physical results show how wave height affects the behavior of the device. Wave heights lower than about 0.5 m overtop the floater and fall into it. As the wave height increases, phase shift between water surface and vertical displacement of the device also increases its influence on the functioning mechanism. In these situations, with wave heights between 0.5 and 0.9 m, the downward flux is due to the higher head established in the water column inside the device respect to the outside wave field. Furthermore, as the wave height grows over 0.9 m, water flux inverts the direction thanks to depression caused by the wave crest pass over the floater. In this situation the wave crest goes over the float but does not go into it and it draws water from the bottom to the surface through the device pipe. By virtue of these results a new shape of the floater has been designed and tested in CFD model. Such new geometry is based on the already known Lazzari's profile and it aims to grab as much water as possible from the wave crest during the emergence of the floater from the wave field. Results coming from the new device are compared with the first ones in order to identify differences between the two shapes and their possible areas of application. v
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