Plasmi per l’aerospazio

Codici numerici cinetici (a particella e stato-a-stato) e fluidodinamici sono utilizzati per lo studio di plasmi per applicazioni aerospaziali, con particolare attenzione alla simulazione di condizioni di non equilibrio in flussi ipersonici all’ingresso in atmosfere planetarie, plasmi polverosi e sistemi di propulsione al plasma.

Flussi Ipersonici

La predizione affidabile dei flussi di calore agli scudi termici delle navette spaziali durante le fasi di ingresso ad alta velocità nell’atmosfera terrestre e nelle atmosfere di altri pianeti richiede il considerare il carattere di non-equilibrio del flusso, attraverso la descrizione dei processi elementari indotti in atomi (eccitazione e ionizzazione) e molecole (eccitazione, dissociazione e ionizzazione) da collisioni con elettroni e particelle pesanti nell’ambito dell’approccio stato-a-stato, esteso a sistemi complessi quali ad esempio i plasmi di CO2. La radiazione emessa dalle specie eccitate costituisce un contributo addizionale al flusso di calore, determinato dall’equazione di trasporto dei fotoni. Sono in fase di studio tecniche computazionali innovative (uso di GPU) per applicazione dei modelli stato-a-stato a flussi 2D e 3D.
Diversi fenomeni di non-equilibrio si possono osservare in condizioni estremamente rarefatte nell’alta atmosfera, dove il cammino libero medio delle particelle è elevato, richiedendo una simulazione DSMC (Direct Simulation Monte Carlo). Altri problemi sono connessi al controllo della stabilità di voli ipersonici intercontinentali, basati su motori SCRAMJET. Le scariche a barriera (DBD) rappresentano una tecnica promettente che consente di evitare l’impiego di attuatori meccanici, non adeguati ai voli ipersonici. Le DBD sono stata simulate sia con modelli a particelle che con modelli fluidi. Approcci differenti sono stati impiegati per investigare diverse geometrie, da sistemi omogenei a flussi 3D che accoppiano in modo auto-consistente equazione di Boltzmann e equazioni secolari, equazione del trasporto radiativo (RTE), simulazione dello strato limite o equazioni Navier-Stokes:

» Plasmi in flussi di alta entalpia

» trasporto di radiazione

» strato limite

» attuatori al plasma

Plasma per lo Spazio

Il plasma è lo stato della materia più diffuso nell’Universo. Questa linea di ricerca riguarda aspetti fondamentali della fisica di plasmi di non equilibrio sino ad occuparsi di diverse applicazioni tecnologiche.

» Plasmi Polverosi
L’interazione di polvere interstellare con il plasma circostante determina carica, crescita dinamica e trasporto dei grani di polvere stessa. Questa linea di ricerca si occupa delle dinamiche di polvere su superfici di pianeti ed asteroidi senza atmosfera, e della formazione di anelli e pianeta.

» Atomi e Molecole Nanoconfinati
Plasmi atomici di alta densità, e.g. stelle, sono investigati con approcci quantistici. Le modificazioni della struttura atomica ha effetti rilevanti sia sulle proprietà termodinamiche che di trasporto.

» Astrochimica
Lo studio concerne la cinetica chimica della formazione delle prime molecole e l’effetto della distribuzione dell’energia sui meccanismi di reazione in ambiente spaziale.

Plasmi per la propulsione Spaziale

Motori ionici (effetto Hall ed Helicon) e combustione assistita da plasma (SCRAMJET) sono importanti per il trasporto nello Spazio (navigazione satellitare, trasferimento orbitale, esplorazione spaziale). Diversi approcci numerici (modelli a particella e cinetica chimica) sono utilizzati per studiare le condizioni di non equilibrio tipiche di sistemi di propulsione al plasma.

» LOx/CH4 per esplorazione planetaria

» SCRAMJET per voli ipersonici intercontinentali

»thrusters a effetto Hall per posizionamento e orientazione di satelliti, missioni planetarie

» Helicon plasma thruster per propellenti a basso costo

Facilities & Labs

HPC Cluster and Services @ Bari

People

francesco_taccogna

Francesco

Taccogna

Ricercatore CNR

Viso_donna

Iole

Armenise

Ricercatore CNR

ldpietanzaL.Daniela

Pietanza

Ricercatore CNR

Domenico_bruno

Domenico

Bruno

Ricercatore CNR

gcolonnaGianpiero

Colonna

Ricercatore CNR

savino_longoSavino

Longo

Professore Associato

esposito-fabrizioFabrizio

Esposito

Ricercatore CNR

mcapitelliMario

Capitelli

Professore Associato

adangolaAntonio

D’Angola

Professore Associato

Publications

  1. G. Colonna, G. D’Ammando, L. D. Pietanza, M. Capitelli, Excited-state kinetics and radiation transport in low-temperature plasmas, Plasma Physics and Controlled Fusion, 57, 014009, (2015); doi: 10.1088/0741-3335/57/1/014009
  2. R. Pepe, A. Bonfiglioli, A. D’Angola, G. Colonna, R. Paciorri, An unstructured shock-fitting solver for hypersonic plasma flows in chemical non-equilibrium, Computer Physics Communications, 196, 179–193, (2015); doi: 10.1016/j.cpc.2015.06.005
  3. G. D’Ammando, M. Capitelli, F. Esposito, A. Laricchiuta, L. D. Pietanza, G. Colonna , The role of radiative reabsorption on the electron energy distribution functions in H2/He plasma expansion through a tapered nozzle, Physics of Plasmas, 21, 093508, (2014); doi: 10.1063/1.4895481
  4. M. Tuttafesta, G. Colonna, G. Pascazio, Computing unsteady compressible flows using Roe’s flux-difference splitting scheme on GPUs, Computer Physics Communications, 184, 1497–1510, (2013); doi: 10.1016/j.cpc.2013.01.018
  5. M. Capitelli, G. Colonna, L. D. Pietanza, G. D’Ammando, Coupling of radiation, excited states and electron energy distribution function in non equilibrium hydrogen plasmas, Review in Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 83–84, 1–13, (2013); doi: 10.1016/j.sab.2013.03.004
  6. G. Colonna, L. D. Pietanza, G. D’Ammando, M. Capitelli, Self-consistent coupling of chemical, electron and radiation models for shock wave in Jupiter atmosphere, AIP Conference Proceedings, 1501, 1400, (2012); doi: 10.1063/1.4769703
  7. F. Taccogna, D. Pagano, F. Scortecci, A. Garulli, Three-Dimensional Plume Simulation of Multi-Channel Thruster Configuration, Plasma Sources Sci. Technol. 23, 065034, (2014) ISNN: 0963-0252; doi: 10.1088/0963-0252/23/6/065034
  8. F. Taccogna, R. Schneider, S. Longo, M. Capitelli, Kinetic simulations of plasma thrusters, Plasma Source Sci. and Technol., 17, 024003, (2008) ISNN: 0963-0252; doi: 10.1088/0963-0252/17/2/024003
  9. I.Armenise, E.V.Kustova, On different contributions to the heat flux and diffusion in non-equilibrium flows, Chemical Physics, 428, 90-104, (2014); doi: 10.1016/j.chemphys.2013.11.003
  10. I. Armenise, P. Reynier and E. Kustova, Advanced Models for Vibrational and Chemical Kinetics Applied to Mars Entry Aaerothermodynamics, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 30, 705-720, (2016); doi: 10.2514/1.T4708

Projects

HALL: Sistema di propulsione al plasma per la crescita dell’industria aerospaziale pugliese, Puglia FESR (2007-2013)

APULIA SPACE: Esperti nell’uso di tecnologia abilitanti nel settore dello spazio (2014-2016)

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La settimana del rosa digitale - 4^ed

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Percorso di condivisione della carriera di scienziato-donna fatto attraverso esperimenti di estrazione di sostanze chimiche partendo dal cibo.

11 e 15 marzo 2019

Via Marconi,39 - Casamassima Bari 70010

Che “cavolo" di arcobaleno-mamme e scienza un viaggio alla scoperta di cio’ che Madre Natura ci insegna.

con Eloisa Sardella (CNR Nanotec) e Laura Rosso (PSP)

maggiori info:

TERAMETANANO - International Conference on Terahertz Emission, Metamaterials and Nanophotonics

TERAMETANANO - IV ed.

Castello Carlo V, Lecce 27 -31 Maggio 2019

The IV edition of TERAMETANANO, the International Conference on Terahertz Emission, Metamaterials and Nanophotonics, will take place in Lecce (Italy) from 27 to 31 of May 2019 in the 16th-century Castle of Charles V   with two special nights that will be held in an original Theatre of Roman period.

 

TERAMETANANO is an annual conference that gather physicists studying a wide variety of phenomena in the areas of nano-structuresnano-photonics and meta-materials, with special attention to the coupling between light and matter and in a broad range of wavelengths, going from the visible up to the terahertz.

 

Al via la fase 2 del Tecnopolo per la medicina di precisione

Firmata convenzione tra Regione, Università e Cnr per avvio seconda fase del Tecnopolo

Bari, 27 novembre 2018 

Sottoscritto stamane l’accordo tra Regione PugliaCnr Consiglio nazionale delle ricerche, Irccs Giovanni Paolo II di Bari e Università di Bari per l’avvio della seconda fase del Tecnopolo per la Medicina di Precisione. Sede del tecnopolo, il CnrNanotec.

“La sfida della medicina moderna è tradurre nella pratica clinica gli enormi progressi compiuti dalla scienza e dalla tecnologia. In questo contesto le nanotecnologie, focalizzate sull’indagine e sulla manipolazione della materia a livello nanometrico-molecolare, si presentano come uno strumento potentissimo al servizio della medicina di precisione, la nuova frontiera che punta allo sviluppo di trattamenti personalizzati per il singolo paziente”, afferma  Giuseppe Gigli, direttore di Cnr Nanotec e coordinatore del Tecnopolo.

Link video dichiarazione Massimo Inguscio: http://rpu.gl/uChUl

Link video di presentazione Tecnomed: http://rpu.gl/Qqerm

Link video dichiarazione Michele Emiliano: http://rpu.gl/aJoee