Some issues concerning Large-Eddy Simulation of inertial particle dispersion in turbulent bounded flows

The problem of an accurate Eulerian-Lagrangian modeling of inertial particle dispersion in Large Eddy Simulation (LES) of turbulent wall-bounded flows is addressed. We run Direct Numerical Simulation (DNS) for turbulent channel flow at shear Reynolds numbers equal to 150 and 300 and corresponding a-priori and a-posteriori LES on differently coarse grids. We then tracked swarms of different inertia particles and we examined the influence of filtering and of Sub-Grid Scale (SGS) modeling for the fluid phase on particle velocity and concentration statistics. We also focused on how particle preferential segregation is predicted by LES. Results show that even ``well-resolved'' LES is unable to reproduce the physics as demonstrated by DNS, both for particle accumulation at the wall and for particle preferential segregation. Inaccurate prediction is observed for the entire range of particles considered in this study, even when the particle response time is much larger than the flow timescales not resolved in LES. Both a-priori and a-posteriori tests indicate that recovering the level of fluid and particle velocity fluctuations is not enough to have accurate prediction of near-wall accumulation and local segregation. This may suggest that reintroducing the correct amount of higher-order moments of the velocity fluctuations is also a key point for SGS closure models for the particle equation. Another important issue is the presence of possible flow Reynolds number effects on particle dispersion. Our results show that, in small Reynolds number turbulence and in the case of heavy particles, the shear fluid velocity is a suitable scaling parameter to quantify these effects

Turbulent breakage of ductile aggregates

In this paper we study breakage rate statistics of small colloidal aggregates in non-homogeneous anisotropic turbulence. We use pseudo-spectral direct numerical simulation of turbulent channel flow and Lagrangian tracking to follow the motion of the aggregates, modelled as sub-Kolmogorov massless particles. We focus specifically on the effects produced by ductile rupture: This rupture is initially activated when fluctuating hydrodynamic stresses exceed a critical value, $\sigma>\sigma_{cr}$, and is brought to completion when the energy absorbed by the aggregate meets the critical breakage value. We show that ductile rupture breakage rates are significantly reduced with respect to the case of instantaneous brittle rupture (i.e. breakage occurs as soon as $\sigma>\sigma_{cr}$). These discrepancies are due to the different energy values at play as well as to the statistical features of energy distribution in the anisotropic turbulence case examined.Comment: Accepted for publication in Phys. Rev. E (April 2015

Statistical properties of an ideal subgrid-scale correction for Lagrangian particle tracking in turbulent channel flow

One issue associated with the use of Large-Eddy Simulation (LES) to investigate the dispersion of small inertial particles in turbulent flows is the accuracy with which particle statistics and concentration can be reproduced. The motion of particles in LES fields may differ significantly from that observed in experiments or direct numerical simulation (DNS) because the force acting on the particles is not accurately estimated, due to the availability of the only filtered fluid velocity, and because errors accumulate in time leading to a progressive divergence of the trajectories. This may lead to different degrees of inaccuracy in the prediction of statistics and concentration. We identify herein an ideal subgrid correction of the a-priori LES fluid velocity seen by the particles in turbulent channel flow. This correction is computed by imposing that the trajectories of individual particles moving in filtered DNS fields exactly coincide with the particle trajectories in a DNS. In this way the errors introduced by filtering into the particle motion equations can be singled out and analyzed separately from those due to the progressive divergence of the trajectories. The subgrid correction term, and therefore the filtering error, is characterized in the present paper in terms of statistical moments. The effects of the particle inertia and of the filter type and width on the properties of the correction term are investigated.Comment: 15 pages,24 figures. Submitted to Journal of Physics: Conference Serie

Time persistency of floating particle clusters in free-surface turbulence

We study the dispersion of light particles floating on a flat shear-free surface of an open channel in which the flow is turbulent. This configuration mimics the motion of buoyant matter (e.g. phytoplankton, pollutants or nutrients) in water bodies when surface waves and ripples are smooth or absent. We perform direct numerical simulation of turbulence coupled with Lagrangian particle tracking, considering different values of the shear Reynolds number (Re{\tau} = 171 and 509) and of the Stokes number (0.06 < St < 1 in viscous units). Results show that particle buoyancy induces clusters that evolve towards a long-term fractal distribution in a time much longer than the Lagrangian integral fluid time scale, indicating that such clusters over-live the surface turbulent structures which produced them. We quantify cluster dynamics, crucial when modeling dispersion in free-surface flow turbulence, via the time evolution of the cluster correlation dimension

Large-eddy simulation of turbulent dispersed flows: a review of modelling approaches

In large-eddy simulation (LES) of turbulent dispersed flows, modelling and numerical inaccuracies are incurred because LES provides only an approximation of the filtered velocity. Interpolation errors can also occur (on coarse-grained domains, for instance). These inaccuracies affect the estimation of the forces acting on particles, obtained when the filtered fluid velocity is supplied to the Lagrangian equation of particle motion, and accumulate in time. As a result, particle trajectories in LES fields progressively diverge from particle trajectories in DNS fields, which can be considered as the exact numerical reference: the flow fields seen by the particles become less and less correlated, and the forces acting on particles are evaluated at increasingly different locations. In this paper, we review models and strategies that have been proposed in the Eulerian\u2013Lagrangian framework to correct the above-mentioned sources of inaccuracy on particle dynamics and to improve the prediction of particle dispersion in turbulent dispersed flows

Danno e utilità del processo infiammatorio: a)studio delle interazioni tra mastociti, microrganismi e fibre di amianto b) valutazione delle produzione di citichine da parte dell' epitelio della mucosa orale in un modello in vitro

2008/2009a)STUDIO DELL’INTERAZIONE TRA MASTOCITI, MICRORGANISMI E FIBRE DI AMIANTO INTRODUZIONE: I mastociti (mast cell, MC) sono cellule con un’ampia distribuzione tissutale, che tradizionalmente sono state associate alla risposta allergica, inoltre si pensa che queste cellule siano capaci di regolare il processo infiammatorio. Essi infatti, dopo attivazione, rilasciano istamina, leucotrieni e prostanoidi, come pure proteasi, chemochine e citochine. Questi mediatori possono essere fondamentali nella genesi della risposta infiammatoria. I MC hanno alcune funzioni comuni a quelle dei fagociti professionali. Viste la loro localizzazione e i mediatori prodotti, i mastociti giocano un ruolo attivo in molte patologie, come le allergie, le infezioni, l’asma, l’artrite, i tumori e la fibrosi polmonare. In particolare essendo una fonte di citochine fibrogeniche (TGF-β e PDGF e β-FGF) risultano associati a diverse patologie fibrotiche. Alcuni studi recenti hanno dimostrato che i MC non sono in grado di uccidere microrganismi non opsonizzati a livello intracellulare, una volta che questi sono stati fagocitati. Altri studi hanno dimostrato che i MC sono in grado di uccidere in modo significativo microrganismi opsonizzati. Attualmente non è chiaro si il processo fagocitino dei MC segua o meno le stesse vie e se abbia o meno lo stesso significato di quello dei fagociti professionali. SCOPO: In questo studio abbiamo valutato l’ultrastruttura dei fagosomi che si formano nei MC peritoneali di ratto (RPMC), l’attività di killing contro C. albicans e altri microrganismi. Siamo inoltre a valutare se i MC fossero in grado di interagire direttamente con le fibre di amianto (in particolare Crocidolite) RISULTATI: Abbiamo dimostrato che i RPMC uccidono i microrganismi indipendentemente dalla loro ingestione. L’analisi ultrastrutturale ha dimostrato che i fagosomi dei RPMC contenenti funghi o batteri, hanno una struttura stretta e compatta, e la loro membrana sembra presentare alcune interruzioni. RPMC esprimono NOD1 e NOD2, che appartengono alla famiglia di proteine NLR, il cui ruolo è quello di riconoscere componenti intracellulari di origine sconosciuta. In seguito all’ingestione di C. albicans, entrambe queste molecole vengono traslocate dal citosol, alla zona attorna alla particella ingerita. Queste osservazioni suggeriscono che nei RPMC le particelle ingerite possano entrare in contatto diretto con i NOD, proprio attraverso le interruzioni della membrana del fagosoma, e di conseguenza innescare i meccanismi per la produzione di citochine che vengono innescati dai NOD. Per quanto riguarda l’interazione dei MC con le fibre di amianto, abbiamo osservato che i RPMC, in seguito all’interazione con le fibre, vanno in contro a intensa degranulazione, riversando i granuli sulle fibre stesse, che appaiono ricoperte di granuli. Inoltre durante l’interazione, in presenza di fibre, le RPMC producono anione superossido in quantità maggiore rispetto alle cellule a riposo. Per quanto riguarda la secrezione dell’enzima chimasi, questo sembra calare in maniera significativa nel sopranatante ottenuto dopo centrifugazione del medium di incubazione, mentre per quanto riguarda la Beta-Esosaminidasi (B-Eso), la presenza o meno delle fibre sembra non influenzarne la secrezione. Abbiamo quindi cercato di mettere a punto un modello sperimentale che di permettesse di separare le cellule intere e le fibre con i granuli adesi, dopo l’incubazione. La maggior parte dell’attività enzimatica sembra essere nella nella frazione contenente le cellule residue svuotate e nel pellet, dove si ritrova associata alle fibre. Abbiamo inoltre osservato che le fibre sono in grado di legare l’attività chimasica del lisato di RPMC, mentre sembrano non influenzare l’attività della B-Eso. Tali risultati sembrano suggerire che le fibre sono in grado di legare sia i granuli (e quindi gli enzimi Chimasi e B-Eso), sia la chimasi direttamente. La presenza di enzimi di origine mastocitaria sulle fibre, potrebbe avere un ruolo centrale per permettere il passaggio delle fibre dagli alveoli polmonari alle pleure, dove provocano l’insorgenza di mesotelioma maligno, una neoplasia piuttosto rara, la cui insorgenza è strettamente legata all’esposizione alle fibre di amianto. È inoltre da sviluppare lo studio delle eventuali nuove funzioni che questi enzimi scaricati sulle fibre, conferiscono alle fibre stesse, al fine di capire se le “fibre rivestite” sono in grado di migrare attraverso la matrice extracellulare. Il lavoro sta proseguendo anche al fine di comprendere meglio il tipo di interazione tra MC e le fibre. b)VALUTAZIONE DELLA PRODUZIONE DI CITOCHINE DA PARTE DELL’EPITELIO DELLA MUCOSA ORALE IN UN MODELLO in vitro INTRODUZIONE: La Propoli, un prodotto naturale derivato dall’attività delle api, è nota per una varietà di effetti benefici sfruttati da secoli, tra i quali l’attività antinfiammatoria e quella batterio-statica/battericida sono i principali. I modelli sperimantali per la valutazione dell’attività antinfiammatoria della propoli e dei suoi componenti isolati sono vari, e riguardano per lo più studi in vivo in diversi modelli animali. SCOPO: In questo studio è stata valutata la capacità di un principio attivo costituito da un complesso con propoli e impiegato in alcuni prodotti commerciali per l’igiene orale, di modulare il rilascio spontaneo e indotto da LPS di alcuni mediatori infiammatori, impiegando il modello tridimensionale di epitelio umano orale ricostituito della Ditta Skinethic. La scelta per quanto riguarda i mediatori infiammatori da misurare, è stata fatta in base al loro coinvolgimento in patologie orali quali: periodontite, stomatite aftosa ricorrente e candidosi. Scopo ultimo è quello di mettere a punto un sistema rilevatore semplice e attendibile dell’effetto biologico della propoli e dei suoi componenti su un tessuto umano riprodotto in coltura nelle sue caratteristiche principali. RISULTATI: L’applicazione topica della sola propoli actichelata, induce una riduzione del rilascio basale di IL-6 e IL-8, mentre induce un aumento del rilascio stimolato di entrambe le citochine. Il suo effetto stimolante il rilascio di mediatori infiammatori da parte dell’epitelio orale, soprattutto in condizioni infiammatorie (stimolazione con LPS), meriterebbe ulteriori indagini. Contrariamente, il Tantum verde, e il suo solo principio attivo, inducono un aumento del rilascio basale e stimolato di IL-6 e IL-8 da parte dell’epitelio orale umano. Da quanto osservato risulta quindi che la propoli actichelata, inducendo una riduzione di IL-8 e IL-6, è più efficace nel trattamento di condizioni patologiche che si associano a un’iperattività dei neutrofili come la parodontite, piuttosto che nel trattamento della candidosi orale dove queste cellule svolgono un ruolo fondamentale nella risoluzione.XXII Cicl

Apports et implications de la cognition sociale à la communication externe des organisations : le cas de l'influence des campagnes de prévention de santé publique. Nouvelles perspectives ouvertes par la communication engageante.

Illustrating an example of social cognition's contributions to organizations external communication: public health communication campaigns influence, the article has a double scientific and operational goal. On the one hand, it shows how recent researches in socio-cognition explain, through multiple models and methods, the psychological effects and processes of health communication campaigns influence. In addition, it highlights the operational implications of social cognition for practitioners as regards decision-making aid, in particular to optimize the effectiveness of preventive messages, media plans or measuring instruments of effectiveness. In this context, the article also considers the new scientific and operational prospects opened by the recent concept of committing communication.Illustrant un exemple d'application de la cognition sociale à la communication externe des organisations : l'influence des campagnes de prévention de santé publique, l'article poursuit un double objectif scientifique et opérationnel. D'une part, il montre comment les récentes recherches en socio-cognition permettent, à travers de multiples modèles et méthodes, d'expliquer les effets et les processus psychologiques d'influence des campagnes de prévention. D'autre part, il met en évidence les implications opérationnelles de la cognition sociale pour les praticiens en matière d'aide à la décision, notamment pour optimiser l'efficacité des messages préventifs, des plans média ou des outils de mesure d'efficacité. Dans ce contexte, l'article envisage également les nouvelles perspectives scientifiques et opérationnelles ouvertes par le récent concept de communication engageante

Risques et communication de santé publique en contexte méditerranéen. Deux expérimentations en région PACA

Le chapitre décrit deux expérimentations menées dans un contexte méditerranéen dans le domaine de la communication de santé publique : lutte contre le cancer et prévention du SIDA

Communication de santé publique et prévention du sida. Une expérimentation sur l'influence de mini-actes engageants via Internet.

During a qualitative survey we made among AIDS prevention campaigners in France, respondents stated in particular that they believed in the effectiveness of activities that prompt subjects to accomplish " mini-acts " before and after receiving persuasive arguments. As their opinion does not derive from scientific literature, we carried out an experiment, in an everyday environment with 196 subjects chosen at random and based on theories of persuasive communication and commitment, to investigate the validity of representations concerning these " mini-acts " accomplished via the Internet. The results show, in particular, that the campaigners' intuitive beliefs are sound, since these mini-acts effectively contribute to AIDS prevention.Lors d'une enquête qualitative que nous avons menée en France auprès de producteurs de campagnes de prévention du sida, ceux-ci ont notamment indiqué qu'ils considèrent comme efficaces des dispositifs faisant réaliser des " mini-actes " aux personnes ciblées, avant et après la réception d'arguments persuasifs. Comme ils ne basent pas leur opinion sur de la littérature scientifique, nous avons réalisé une expérimentation, en milieu ordinaire, sur 196 sujets " tout venant " pour étudier, à partir des théories de la communication persuasive et de l'engagement, la validité des représentations concernant les " mini-actes " produits via Internet. Les résultats montrent notamment que ces producteurs de campagnes font preuve d'une bonne " intuition " puisque les mini-actes contribuent à effectivement favoriser la prévention du sida

Turbulence Modulation by Slender Fibers

In this paper, we numerically investigate the turbulence modulation produced by long flexible fibres in channel flow. The simulations are based on an Euler–Lagrangian approach, where fibres are modelled as chains of constrained, sub-Kolmogorov rods. A novel algorithm is deployed to make the resolution of dispersed systems of constraint equations, which represent the fibres, compatible with a state-of-the-art, Graphics Processing Units-accelerated flow-solver for direct numerical simulations in the two-way coupling regime on High Performance Computing architectures. Two-way coupling is accounted for using the Exact Regularized Point Particle method, which allows to calculate the disturbance generated by the fibers on the flow considering progressively refined grids, down to a quasi-viscous length-scale. The bending stiffness of the fibers is also modelled, while collisions are neglected. Results of fluid velocity statistics for friction Reynolds number of the flow (Formula presented.) and fibers with Stokes number (Formula presented.) = 0.01 (nearly tracers) and 10 (inertial) are presented, with special regard to turbulence modulation and its dependence on fiber inertia and volume fraction (equal to (Formula presented.) · (Formula presented.) and (Formula presented.) · (Formula presented.)). The non-Newtonian stresses determined by the carried phase are also displayed, determined by long and slender fibers with fixed aspect ratio (Formula presented.), which extend up to the inertial range of the turbulent flow