We present an axisymmetric lattice Boltzmann model based on the Kupershtokh et al. multiphase model that is capable of solving liquid-gas density ratios up to 10(3). Appropriate source terms are added to the lattice Boltzmann evolution equation to fully recover the axisymrnetric multiphase conservation equations. We validate the model by showing that a stationary droplet obeys the Young-Laplace law, comparing the second oscillation mode of a droplet with respect to an analytical solution and showing correct mass conservation of a propagating density wave.

We present the formulation of a kinetic mapping scheme between the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) and the Lattice Boltzmann Method (LBM) which is at the basis of the hybrid model used to couple the two methods in view of efficiently and accurately simulate isothermal flows characterized by variable rarefaction effects. Owing to the kinetic nature of the LBM, the procedure we propose ensures to accurately couple DSMC and LBM at a larger Kn number than usually done in traditional hybrid DSMC--Navier-Stokes equation models. We show the main steps of the mapping algorithm and illustrate details of the implementation. Good agreement is found between the moments of the single particle distribution function as obtained from the mapping scheme and from independent LBM or DSMC simulations at the grid nodes where the coupling is imposed. We also show results on the application of the hybrid scheme based on a simpler mapping scheme for plane Poiseuille flow at finite Kn number. Potential gains in the computational efficiency assured by the application of the coupling scheme are estimated for the same flow.

We introduce a new particle shape which shows preferential rotation in three dimensional homogeneous isotropic turbulence. We call these particles chiral dipoles because they consist of a rod with two helices of opposite handedness, one at each end. 3D printing is used to fabricate these particles with a length in the inertial range and their rotations are tracked in a turbulent flow between oscillating grids. High aspect ratio chiral dipoles preferentially align with their long axis along the extensional eigenvectors of the strain rate tensor, and the helical ends respond to the extensional strain rate with a mean spinning rate that is nonzero. We use Stokesian dynamics simulations of chiral dipoles in pure strain flow to quantify the dependence of spinning on particle shape. Based on the known response to pure strain, we build a model that gives the spinning rate of small chiral dipoles using velocity gradients along Lagrangian trajectories from high resolution direct numerical simulations. The statistics of chiral dipole spinning determined with this model show surprisingly good agreement with the measured spinning of much larger chiral dipoles in the experiments.

We investigate the influence of shear on the gravitational settling of heavy inertial particles in homogeneous shear turbulence (HST). In addition to the well-known enhanced settling velocity, observed for heavy inertial particles in homogeneous isotropic turbulence (HIT), a horizontal drift velocity is also observed in the shearing direction due to the presence of a nonzero mean vorticity (introducing symmetry breaking due to the mean shear). This drift velocity is due to the combination of shear, gravity, and turbulence, and all three of these elements are needed for this effect to occur. We extend the mechanism responsible for the enhanced settling velocity in HIT to the case of HST. Two separate regimes are observed, characterized by positive or negative drift velocity, depending on the particle settling velocity.

Planktonic copepods are small crustaceans that have the ability to swim by quick powerful jumps. Such an aptness is used to escape from high shear regions, which may be caused either by flow perturbations, produced by a large predator (i.e., fish larvae), or by the inherent highly turbulent dynamics of the ocean. Through a combined experimental and numerical study, we investigate the impact of jumping behavior on the small-scale patchiness of copepods in a turbulent environment. Recorded velocity tracks of copepods displaying escape response jumps in still water are here used to define and tune a Lagrangian copepod (LC) model. The model is further employed to simulate the behavior of thousands of copepods in a fully developed hydrodynamic turbulent flow obtained by direct numerical simulation of the Navier-Stokes equations. First, we show that the LC velocity statistics is in qualitative agreement with available experimental observations of copepods in turbulence. Second, we quantify the clustering of LC, via the fractal dimension D2. We show that D2 can be as low as ~2.3 and that it critically depends on the shear-rate sensitivity of the proposed LC model, in particular it exhibits a minimum in a narrow range of shear-rate values. We further investigate the effect of jump intensity, jump orientation, and geometrical aspect ratio of the copepods on the small-scale spatial distribution. At last, possible ecological implications of the observed clustering on encounter rates and mating success are discussed.

We investigate the non-equilibrium hydrodynamic effects on the reactivity of a nanoporous catalytic sample. Numerical simulations using the Lattice Boltzmann Method (LBM) show that non-equilibrium effects enhance the reactivity of the porous sample, in agreement with theoretical predictions [1]. In addition, we provide a quantitative assessment of the reactivity in terms of the thickness of the reactive layer inside the nanoporous catalytic sample. Such an assessment constitutes a first step towards integrated simulations encompassing nanoscale reactivity and transport coefficients within a macroscale description of experimental relevance.

The effects of compressibility on Rayleigh-Taylor instability (RTI) are investigated by inspecting the interplay between thermodynamic and hydrodynamic nonequilibrium phenomena (TNE, HNE, respectively) via a discrete Boltzmann model. Two effective approaches are presented, one tracking the evolution of the local TNE effects and the other focusing on the evolution of the mean temperature of the fluid, to track the complex interfaces separating the bubble and the spike regions of the flow. It is found that both the compressibility effects and the global TNE intensity show opposite trends in the initial and the later stages of the RTI. Compressibility delays the initial stage of RTI and accelerates the later stage. Meanwhile, the TNE characteristics are generally enhanced by the compressibility, especially in the later stage. The global or mean thermodynamic nonequilibrium indicators provide physical criteria to discriminate between the two stages of the RTI.

We investigate Poiseuille channel flow through intrinsically curved media, equipped with localized metric perturbations. To this end, we study the flux of a fluid driven through the curved channel in dependence of the spatial deformation, characterized by the parameters of the metric perturbations (amplitude, range, and density). We find that the flux depends only on a specific combination of parameters, which we identify as the average metric perturbation, and derive a universal flux law for the Poiseuille flow. For the purpose of this study, we have improved and validated our recently developed lattice Boltzmann model in curved space by considerably reducing discrete lattice effects.

It is shown that the single relaxation time (SRT) version of the Lattice Boltzmann (LB) equation permits to compute the permeability of Darcy's flows in porous media within a few percent accuracy. This stands in contrast with previous claims of inaccuracy, which we relate to the lack of recognition of the physical dependence of the permeability on the Knudsen number.

In the current study, a direct-forcing immersed boundary-non-Newtonian lattice Boltzmann method (IB-NLBM) is developed to investigate the sedimentation and interaction of particles in shear-thinning and shear-thickening fluids. In the proposed IB-NLBM, the non-linear mechanics of non-Newtonian particulate flows is detected by combination of the most desirable features of immersed boundary and lattice Boltzmann methods. The noticeable roles of non-Newtonian behavior on particle motion, settling velocity and generalized Reynolds number are investigated by simulating benchmark problem of one-particle sedimentation under the same generalized Archimedes number. The effects of extra force due to added accelerated mass are analyzed on the particle motion which have a significant impact on shear-thinning fluids. For the first time, the phenomena of interaction among the particles, such as Drafting, Kissing, and Tumbling in non-Newtonian fluids are investigated by simulation of two-particle sedimentation and twelve-particle sedimentation. The results show that increasing the shear-thickening behavior of fluid leads to a significant increase in the kissing time. Moreover, the transverse position of particles for shear-thinning fluids during the tumbling interval is different from Newtonian and the shear-thickening fluids. The present non-Newtonian particulate study can be applied in several industrial and scientific applications, like the non-Newtonian sedimentation behavior of particles in food industrial and biological fluids.

Questo volume, che esce a ridosso del centenario della morte di Eugenio Elia Levi (1883-1917), completa la ricerca svolta dai curatori per rintracciare e mettere a disposizione degli storici tutta la documentazione relativa a questo grande matematico. Dopo un primo volume, pubblicato da Pristem-Bocconi e basato sull'epistolario del Levi, qui i curatori aggiungono una grande quantità di documenti ed informazioni che, anche nella parte già edita, sono difficili da identificare e reperire. Di particolare interesse sono quelli relativi all'impegno didattico profuso da E.E Levi nell'ambito della Mathesis e in collaborazione con Giuseppe Lombardo Radice, alla sua vita accademica, alla sua intensa attività politica a favore dell'interventismo e alle circostanze che hanno portato alla sua tragica morte e che per la prima volta vengono ricostruite in modo dettagliato.

Il saggio introduttivo racconta la vita e la morte di Eugenio Elia Levi con documenti inediti e soprattutto spiega le ragioni che spinsero il grande matematico italiano a partire volontario durante la Grande Guerra dove perse la vita il 27 ottobre 1917.

In order to study the possibility to discriminate between random and natural amino acid sequences, we introduce different measures of association between pairs of amino acids in a sequence, and apply them to a dataset of 1047 natural protein sequences and 10,470 random sequences, carefully generated in order to preserve the relative length and amino acid distribution of the natural proteins. We analyze the multidimensional measures with machine learning techniques and show that, to a reasonable extent, natural protein sequences can be differentiated from random ones. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved. Casual mutations and natural selection have driven the evolution of protein amino acid sequences that we observe at present in nature. The question about which is the dominant force of proteins evolution is still lacking of an unambiguous answer. Casual mutations tend to randomize protein sequences while, in order to have the correct functionality, one expects that selection mechanisms impose rigid constraints on amino acid sequences. Moreover, one also has to consider that the space of all possible amino acid sequences is so astonishingly large that it could be reasonable to have a well tuned amino acid sequence indistinguishable from a random one.

Il libro racconta come è nato e come si è sviluppato il progetto "La Ricerca del Tempo Guadagnato", nell'ambito degli "Accordi Territoriali di Genere", POR FSE regione Campania 2007-2013. Il Comitato Unico di Garanzia ha proposto tra le azioni positive da sviluppare anche quello del Benessere Lavorativo. Di grande rilievo nel Progetto e concretamente realizzate sono state le visite medico-specialistiche gratuite, ginecologiche, pediatriche, psicologico - psichiatriche che si sono svolte presso la ASL Napoli 1 durante l'orario di lavoro. Si è voluto dar conto anche delle numerose riunioni e dei tavoli di incontro operativi tra CNR e rappresentanze sindacali dell'Ente al fine di sottoporre al confronto degli interessati, la preparazione del Questionario da sottoporre alle famiglie, le relative domande di iscrizione e l'elaborazione della graduatoria finale. Non possiamo dimenticare inoltre le numerose riunioni per il delicato progetto pedagogico approntato e realizzato in maniera impeccabile dalla Cooperativa sociale onlus E.T.I.C.A., responsabile dell'accoglienza e cura dei bambini nella Ludoteca, nata proprio con il finanziamento del Progetto, sita all'interno dell'Area di Ricerca Napoli 1 "EUREKA!....alla ricerca del gioco".

Il libro racconta come è nato e come si è sviluppato il progetto "La Ricerca del Tempo Guadagnato", nell'ambito degli "Accordi Territoriali di Genere", POR FSE regione Campania 2007-2013. Il Comitato Unico di Garanzia ha proposto tra le azioni positive da sviluppare anche quello del Benessere Lavorativo. Di grande rilievo nel Progetto e concretamente realizzate sono state le visite medico-specialistiche gratuite, ginecologiche, pediatriche, psicologico - psichiatriche che si sono svolte presso la ASL Napoli 1 durante l'orario di lavoro. Si è voluto dar conto anche delle numerose riunioni e dei tavoli di incontro operativi tra CNR e rappresentanze sindacali dell'Ente al fine di sottoporre al confronto degli interessati, la preparazione del Questionario da sottoporre alle famiglie, le relative domande di iscrizione e l'elaborazione della graduatoria finale. Non possiamo dimenticare inoltre le numerose riunioni per il delicato progetto pedagogico approntato e realizzato in maniera impeccabile dalla Cooperativa sociale onlus E.T.I.C.A., responsabile dell'accoglienza e cura dei bambini nella Ludoteca, nata proprio con il finanziamento del Progetto, sita all'interno dell'Area di Ricerca Napoli 1 "EUREKA!....alla ricerca del gioco".

Il libro racconta come è nato e come si è sviluppato il progetto "La Ricerca del Tempo Guadagnato", nell'ambito degli "Accordi Territoriali di Genere", POR FSE regione Campania 2007-2013. Il Comitato Unico di Garanzia ha proposto tra le azioni positive da sviluppare anche quello del Benessere Lavorativo. Di grande rilievo nel Progetto e concretamente realizzate sono state le visite medico-specialistiche gratuite, ginecologiche, pediatriche, psicologico - psichiatriche che si sono svolte presso la ASL Napoli 1 durante l'orario di lavoro. Si è voluto dar conto anche delle numerose riunioni e dei tavoli di incontro operativi tra CNR e rappresentanze sindacali dell'Ente al fine di sottoporre al confronto degli interessati, la preparazione del Questionario da sottoporre alle famiglie, le relative domande di iscrizione e l'elaborazione della graduatoria finale. Non possiamo dimenticare inoltre le numerose riunioni per il delicato progetto pedagogico approntato e realizzato in maniera impeccabile dalla Cooperativa sociale onlus E.T.I.C.A., responsabile dell'accoglienza e cura dei bambini nella Ludoteca, nata proprio con il finanziamento del Progetto, sita all'interno dell'Area di Ricerca Napoli 1 "EUREKA!....alla ricerca del gioco".

Il libro racconta come è nato e come si è sviluppato il progetto "La Ricerca del Tempo Guadagnato", nell'ambito degli "Accordi Territoriali di Genere", POR FSE regione Campania 2007-2013. Il Comitato Unico di Garanzia ha proposto tra le azioni positive da sviluppare anche quello del Benessere Lavorativo. Di grande rilievo nel Progetto e concretamente realizzate sono state le visite medico-specialistiche gratuite, ginecologiche, pediatriche, psicologico - psichiatriche che si sono svolte presso la ASL Napoli 1 durante l'orario di lavoro. Si è voluto dar conto anche delle numerose riunioni e dei tavoli di incontro operativi tra CNR e rappresentanze sindacali dell'Ente al fine di sottoporre al confronto degli interessati, la preparazione del Questionario da sottoporre alle famiglie, le relative domande di iscrizione e l'elaborazione della graduatoria finale. Non possiamo dimenticare inoltre le numerose riunioni per il delicato progetto pedagogico approntato e realizzato in maniera impeccabile dalla Cooperativa sociale onlus E.T.I.C.A., responsabile dell'accoglienza e cura dei bambini nella Ludoteca, nata proprio con il finanziamento del Progetto, sita all'interno dell'Area di Ricerca Napoli 1 "EUREKA!....alla ricerca del gioco".

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We consider a variational model for two interacting species (or phases), subject to cross and self attractive forces. We show existence and several qualitative properties of minimizers. Depending on the strengths of the forces, different behaviors are possible: phase mixing or phase separation with nested or disjoint phases. In the case of Coulomb interaction forces, we characterize the ground state configurations.

We consider 2D discrete systems, described by scalar functions and governed by periodic interaction potentials. We focus on anisotropic nearest neighbors interactions in the hexagonal lattice and on isotropic long range interactions in the square lattice. In both these cases, we perform a complete Gamma-convergence analysis of the energy induced by a configuration of discrete topological singularities. This analysis allows to prove the existence of many metastable configurations of singularities in the hexagonal lattice.