Descrizione e obiettivi

Le correnti piroclastiche dense (PDC) associate alle eruzioni vulcaniche esplosive rappresentano uno degli esempi più significativi di correnti di densità sedimentaria. Tali correnti sono flussi superficiali geofisici che si muovono sulla superficie terrestre a causa della differenza di densità tra una miscela fluido-particella multifase e il fluido circostante più leggero. In questo progetto ci concentreremo principalmente sulle PDC generate dal collasso della colonna eruttiva: al contatto con il suolo, la colonna forma una corrente a taglio la cui spessore aumenta lateralmente e si sviluppa come flusso turbolento a strato limite. Questi flussi hanno spessori di centinaia di metri e si muovono lungo il pendio del vulcano e sul territorio circostante a velocità dell’ordine di decine di m/s e temperature di centinaia di °C, con un elevato potere distruttivo.

Ai fini della valutazione del rischio vulcanico, la pressione dinamica del flusso è utile ai pianificatori del territorio per stimare la resistenza degli edifici allo sforzo laterale esercitato dalla corrente. Per questo motivo, comprendere il meccanismo di base del collasso della colonna è fondamentale per definire modelli in grado di prevedere l’hazard associato alle PDC.

L’obiettivo di PYROMESH è generare griglie computazionali efficienti ed efficaci per simulazioni numeriche multifase delle correnti piroclastiche dense, in grado di risolvere l’interazione flusso–topografia, ma anche l’interazione dettagliata della corrente con strutture artificiali (edifici, infrastrutture), cruciale per una valutazione quantitativa accurata dell’hazard associato alle PDC.

Vengono utilizzati due diversi approcci di generazione della mesh, body-fitted e non-body conformal, al fine di ottenere informazioni dettagliate sui gradienti di densità e velocità alla base della corrente. La griglia computazionale deve essere in grado di catturare tutte le scale rilevanti delle PDC, mantenendo al contempo un costo computazionale accettabile.

L’uso delle mesh body-fitted presenta il vantaggio di un trattamento semplice delle condizioni al contorno e di un controllo rigoroso delle dimensioni e della qualità della mesh vicino alle pareti, ma richiede competenze consolidate e una procedura laboriosa, soprattutto nell’applicazione in esame, caratterizzata da un dominio computazionale ampio con una vasta gamma di scale. D’altra parte, le mesh cartesiane non conformi sono relativamente facili da generare automaticamente e permettono un raffinamento locale della griglia, migliorando così la precisione spaziale.