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Antonio Volpe Plantamura, Domenica Mirauda, Stefano Malavasi

ANALISI DELL’INFLUENZA DELLA SUPERFICIE LIBERA SULLE VIBRAZIONI DI UNA SFERA INVESTITA DA UNA CORRENTE STAZIONARIA E UNIFORME

ANALYSIS OF THE FREE SURFACE INFLUENCE ON THE VIBRATIONS OF A SPHERE IMMERSED IN A STEADY AND UNIFORM FLOW


Nel presente lavoro si studiano gli effetti della superficie libera sui movimenti di una sfera investita da una corrente fluida stazionaria e uniforme. La sfera è caratterizzata da un basso valore del parametro combinato massa-smorzamento (m*ζ=0.005) ed è libera di muoversi sia nella direzione principale della corrente sia in quella trasversale. In tutti gli esperimenti il coefficiente di bloccaggio γb (rapporto tra la superficie frontale del corpo e la sezione trasversale della corrente) viene mantenuto costante, mentre la sfera viene posizionata a diverse distanze dalla superficie libera. Gli spostamenti nella direzione della corrente e in quella trasversale sono stati misurati contemporaneamente attraverso una telecamera ad alta risoluzione che ha permesso la ricostruzione bidimensionale delle traiettorie e l’analisi in frequenza del segnale. I risultati sottolineano un cambiamento della risposta dinamica della sfera all’aumentare della velocità media della corrente e all’avvicinarsi del corpo alla superficie libera.
Parole chiave: Sfera, Traiettorie, Superficie libera, Telecamera, Frequenza.

This work analyses the influence of the free surface effects on the movements of a sphere immersed in a steady and uniform flow. The sphere is characterized by a low value of the mass-damping combined parameter (m*ζ=0.005) and it is free to move in both transverse and stream wise directions. In all the experiments the blockage coefficient γb (frontal sphere area normalized by flow transversal section) is constant, while the sphere is located at different distances from the free surface. The displacements in transverse and stream wise directions have been measured simultaneously by means of a high resolution camera that permits the two-dimensional reconstruction of the trajectories and the signal frequency analysis. The results underline a change in the sphere dynamic response to increasing of the mean flow velocity and when the body is close to the free surface.
Keywords: Sphere, Trajectories, Free Surface, Camera, Frequency.

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