Finalità del corso:
L¿analisi numerica di sistemi di ventilazione di infrastrutture sotterranee, per la complessità dei fenomeni termo fluidodinamici e per la loro estensione, richiede grandi risorse di calcolo. Una efficace tecnica per ovviare in parte a questi problemi senza introdurre semplificazioni troppo riduttive è l¿approccio con modelli multiscala.
Nel corso ci si propone di illustrare i principi legati alla progettazione e al calcolo dei sistemi di ventilazione di infrastrutture sotterranee quali ad esempio gallerie stradali e ferroviarie, metropolitane, miniere. Saranno analizzate problematiche legate tanto a condizioni di funzionamento ordinarie quanto a situazioni di emergenza, quali eventi di incendio.
Nel corso delle lezioni si intendono fornire gli strumenti analitici per la modellazione di questi sistemi. Saranno illustrati a tal proposito modelli monodimensionali, tridimensionali e la loro integrazione in modelli multiscala. Tali modelli trovano applicazione in un gran numero di settori dell¿ingegneria industriale, civile e ambientale. I modelli multiscala sono particolarmente adeguati per l¿approccio ingegneristico alla sicurezza antincendio, secondo quanto previsto dalla recente legislazione.
Saranno inoltre approfonditi gli aspetti legati al controllo della ventilazione tanto in condizioni ordinarie quanto in situazioni di emergenza.
Infine saranno esplorate alcune applicazioni dei metodi multiscala in ambito civile.

Aims of course:
The numerical analysis of ventilation systems in underground infrastructures requires significant computational resources to deal with the complexity of phenomena taking place and their possible large extension. An effective technique to face this problem without losing accuracy consists in using multiscale models.
This course is focused on the principle for the design and simulation of ventilation systems in underground infrastructures. The aspects related with ordinary operating conditions as well as emergency conditions, e.g. fire events, in rail and road tunnels, metro and mines will be considered.
In the lessons the analytical tools for modeling these systems will be shown: monodimensional and tridimensional approaches will be presented together with their integration in multiscale models. These models are currently used in various application in the industrial engineering, civil engineering and environmental engineering. Multiscale models are particularly suitable for the fire safety engineering, as considered in the recent laws.
The aspects related with ventilation control in ordinary and emergency conditions will be also presented.
Some applications of multiscale modeling to the civil sector will be presented.

Programma del corso:
Parte prima: introduzione e problematiche legate alla ventilazione
La ventilazione di opere sotterranee.
Ventilazione longitudinale, trasversale e semi-trasversale
Tipologie di ventilatori e loro caratteristiche.
Condizioni ordinarie di funzionamento. Dispersione di inquinanti e visibilità.
Eventi di incendio. Curve di incendio.
Effetto camino ed effetto pistone.
Il fenomeno del backlayering.
Standard internazionali per la progettazione di sistemi di ventilazione.

Parte seconda: strumenti di calcolo
Richiami sulle equazioni di conservazione della massa, quantità di moto ed equazione di conservazione dell¿energia per sistemi continui.
Modelli monodimensionali.
Cenni alla topologia applicata alla rappresentazione spaziale degli impianti.
Applicazioni di modelli monodimensionali.
Modelli bidimensionali e tridimensionali.
Simulazione di ventilatori.
Simulazione di incendi.
La propagazione dei fumi.
Modelli multiscala: caratteristiche, vantaggi ed applicazioni.
Scelta del numero minimo di ventilatori.
Logiche di controllo per sistemi di ventilazione.
Applicazione della logica fuzzy alla ventilazione ordinaria e di emergenza.


Course contents:
First part: introduction and aspects related with ventilation
Ventilation in underground infrastructures
Longitudinal, transverse and semi-transverse ventilation
Types and characteristics of fans
Ordinary operating conditions. Diffusion of pollutants and visibility.
Fire events. Heat release rate curves.
Stack effect and piston effect.
Backlayering.
International standards for the design of ventilation systems.

Second part: calculation tools
Continuity equation, equation of motion and energy equation for continuum systems.
Monodimensional models.
Topological representation of complex plants.
Applications of the monodimensional models.
Two-dimensional and tri-dimensional models.
Fan models.
Fire models.
Smoke propagation.
Multiscale models: characteristics, advantages and applications.
Selection of the number of fans.
Control logics for ventilation systems.
Use of fuzzy logic for the ordinary ventilation and the emergency ventilation.