FRANCESCO SERAFINI

PhD Graduate

PhD program:: XXXVI


supervisor: Francesco Battista
advisor: Carlo Massimo Casciola

Thesis title: Drag reduction in turbulent wall-bounded flows of dilute polymer solutions

The transition from the laminar to the turbulent regime is responsible for a significant increase in friction drag in wall-bounded flows. Among the many possibilities to mitigate the phenomenon, the addition of a tiny amount of long-chain polymers to a Newtonian solvent is known to reduce friction. Despite more than 70 years since the first experimental evidence, the polymer drag reduction phenomenon is still not fully understood and the mechanism behind it is still debated. While the experiments do not allow the unveiling of the elusive interaction between polymer and turbulence dynamics at the basis of the phenomenon, numerical simulations never attempted to replicate actual experimental conditions. Thus far, simulations have shown only qualitative accordance with the experimental investigations, either for computational or modelling limitations. The issue of comparison between direct numerical simulation and experiments is the main aspect of the present thesis, as a comparison is instrumental to get physical insights into polymer drag reduction. An alternative, hybrid Eulerian-Lagrangian approach is proposed for direct numerical simulations of dilute polymer solutions with the potential of a one-to-one matching between simulations and experiments. The Lagrangian description of the polymers, modelled as FENE dumbbells, overcomes the limitations of the constitutive Eulerian models used so far, it allows for the matching of all the polymer physical parameters and it is able to characterise solutions of polydisperse polymers, which is the typical situation encountered in the experiments. Thanks to the latest outstanding advances in high-performance computing, simulations of realistic polymer solutions in terms of both polymers and solvent parameters are presented to investigate the interaction between polymers and turbulence, highlighting the role of fully extended polymers as responsible for the drag reduction effect.

Research products

11573/1710263 - 2024 - Turbulent Kinetic Energy Budget in Turbulent Flow of a Dilute Polymer Solution
Serafini, F.; Battista, F.; Gualtieri, P.; Casciola, C. M. - 02a Capitolo o Articolo
book: ERCOFTAC Series - (9783031470271; 9783031470288)

11573/1712212 - 2024 - Polymers in turbulence: any better than dumbbells?
Serafini, F.; Battista, F.; Gualtieri, P.; Casciola, C. M. - 01a Articolo in rivista
paper: JOURNAL OF FLUID MECHANICS (London: Cambridge University Press.) pp. - - issn: 0022-1120 - wos: (0) - scopus: 2-s2.0-85193680908 (1)

11573/1724337 - 2023 - Stress echocardiography in italian echocardiographic laboratories: a survey of the italian society of echocardiography and cardiovascular imaging
Ciampi, Quirino; Pepi, Mauro; Antonini-Canterin, Francesco; Barbieri, Andrea; Barchitta, Agata; Faganello, Giorgio; Miceli, Sofia; Parato, Vito Maurizio; Tota, Antonio; Trocino, Giuseppe; Abbate, Massimiliana; Accadia, Maria; Alemanni, Rossella; Angelini, Andrea; Anglano, Francesco; Anselmi, Maurizio; Aquila, Iolanda; Aramu, Simona; Avogadri, Enrico; Azzaro, Giuseppe; Badano, Luigi; Balducci, Anna; Ballocca, Flavia; Barbarossa, Alessandro; Barbati, Giovanni; Barletta, Valentina; Barone, Daniele; Becherini, Francesco; Benfari, Giovanni; Beraldi, Monica; Bergandi, Gianluigi; Bilardo, Giuseppe; Binno, Simone Maurizio; Bolognesi, Massimo; Bongiovi, Stefano; Bragato, Renato Maria; Braggion, Gabriele; Brancaleoni, Rossella; Bursi, Francesca; Dessalvi, Christian Cadeddu; Cameli, Matteo; Canu, Antonella; Capitelli, Mariano; Capra, Anna Clara Maria; Carbonara, Rosa; Carbone, Maria; Carbonella, Marco; Carrabba, Nazario; Casavecchia, Grazia; Casula, Margherita; Chesi, Elena; Cicco, Sebastiano; Citro, Rodolfo; Cocchia, Rosangela; Colombo, Barbara Maria; Colonna, Paolo; Conte, Maddalena; Corrado, Giovanni; Cortesi, Pietro; Cortigiani, Lauro; Costantino, Marco Fabio; Cozza, Fabiana; Cucchini, Umberto; D'angelo, Myriam; Da Ros, Santina; D'andrea, Fabrizio; D'andrea, Antonello; D'auria, Francesca; De Caridi, Giovanni; De Feo, Stefania; De Matteis, Giovanni Maria; De Vecchi, Simona; Del Giudice, Carmen; Dell'angela, Luca; Paoli, Lucrezia Delli; Dentamaro, Ilaria; Destefanis, Paola; Di Bella, Gianluca; Di Fulvio, Maria; Di Gaetano, Renato; Di Giannuario, Giovanna; Di Gioia, Angelo; Di Martino, Luigi Flavio Massimiliano; Di Muro, Carmine; Di Nora, Concetta; Di Salvo, Giovanni; Dodi, Claudio; Dogliani, Sarah; Donati, Federica; Dottori, Melissa; Epifani, Giuseppe; Fabiani, Iacopo; Ferrara, Francesca; Ferrara, Luigi; Ferrua, Stefania; Filice, Gemma; Fiorino, Maria; Forno, Davide; Garini, Alberto; Giarratana, Gioachino Agostino; Gigantino, Giuseppe; Giorgi, Mauro; Giubertoni, Elisa; Greco, Cosimo Angelo; Grigolato, Michele; Marra, Walter Grosso; Holzl, Anna; Iaiza, Alessandra; Iannaccone, Andrea; Ilardi, Federica; Imbalzano, Egidio; Inciardi, Riccardo M.; Inserra, Corinna Antonia; Iori, Emilio; Izzo, Annibale; La Rosa, Giuseppe; Labanti, Graziana; Lanzone, Alberto Maria; Lanzoni, Laura; Lapetina, Ornella; Leiballi, Elisa; Librera, Mariateresa; Conte, Carmenita Lo; Monaco, Maria Lo; Lombardo, Antonella; Luciani, Michelangelo; Lusardi, Paola; Magnante, Antonio; Malagoli, Alessandro; Malatesta, Gelsomina; Mancusi, Costantino; Manes, Maria Teresa; Manganelli, Fiore; Mantovani, Francesca; Manuppelli, Vincenzo; Marchese, Valeria; Marinacci, Lina; Mattioli, Roberto; Maurizio, Civelli; Mazza, Giuseppe Antonio; Mazza, Stefano; Melis, Marco; Meloni, Giulia; Merli, Elisa; Milan, Alberto; Minardi, Giovanni; Monaco, Antonella; Monte, Ines; Montresor, Graziano; Moreo, Antonella; Mori, Fabio; Morini, Sofia; Moro, Claudio; Morrone, Doralisa; Negri, Francesco; Nipote, Carmelo; Nisi, Fulvio; Nocco, Silvio; Novello, Luigi; Nunziata, Luigi; Perini, Alessandro Paoletti; Parodi, Antonello; Pasanisi, Emilio Maria; Pastorini, Guido; Pavasini, Rita; Pavoni, Daisy; Pedone, Chiara; Pelliccia, Francesco; Pelliciari, Giovanni; Pelloni, Elisa; Pergola, Valeria; Perillo, Giovanni; Petruccelli, Enrica; Pezzullo, Chiara; Piacentini, Gerardo; Picardi, Elisa; Pinna, Giovanni; Pizzarelli, Massimiliano; Pizzuti, Alfredo; Poggi, Matteo Maria; Posteraro, Alfredo; Privitera, Carmen; Rampazzo, Debora; Ratti, Carlo; Rettegno, Sara; Ricci, Fabrizio; Ricci, Caterina; Rolando, Cristina; Rossi, Stefania; Rovera, Chiara; Ruggieri, Roberta; Russo, Maria Giovanna; Sacchi, Nicola; Saladino, Antonino; Sani, Francesca; Sartori, Chiara; Scarabeo, Virginia; Sciacqua, Angela; Scillone, Antonio; Scopelliti, Pasquale Antonio; Scorza, Alfredo; Scozzafava, Angela; Serafini, Francesco; Serra, Walter; Severino, Sergio; Simeone, Beatrice; Sirico, Domenico; Solari, Marco; Spadaro, Gian Luca; Stefani, Laura; Str - 01a Articolo in rivista
paper: JOURNAL OF CARDIOVASCULAR ECHOGRAPHY (Oxford : Elsevier -India Pvt. Ltd.: Wolters Kluwer - Medknow Publications) pp. 125-132 - issn: 2211-4122 - wos: WOS:001146882200002 (1) - scopus: 2-s2.0-85185173172 (2)

11573/1724341 - 2023 - Organization and Activity of Italian Echocardiographic Laboratories: A Survey of the Italian Society of Echocardiography and Cardiovascular Imaging
Ciampi, Quirino; Pepi, Mauro; Antonini-Canterin, Francesco; Barbieri, Andrea; Barchitta, Agata; Faganello, Giorgio; Miceli, Sofia; Parato, Vito Maurizio; Tota, Antonio; Trocino, Giuseppe; Abbate, Massimiliana; Accadia, Maria; Alemanni, Rossella; Angelini, Andrea; Anglano, Francesco; Anselmi, Maurizio; Aquila, Iolanda; Aramu, Simona; Avogadri, Enrico; Azzaro, Giuseppe; Badano, Luigi; Balducci, Anna; Ballocca, Flavia; Barbarossa, Alessandro; Barbati, Giovanni; Barletta, Valentina; Barone, Daniele; Becherini, Francesco; Benfari, Giovanni; Beraldi, Monica; Bergandi, Gianluigi; Bilardo, Giuseppe; Binno, Simone Maurizio; Bolognesi, Massimo; Bongiovi, Stefano; Bragato, Renato Maria; Braggion, Gabriele; Brancaleoni, Rossella; Bursi, Francesca; Dessalvi, Christian Cadeddu; Cameli, Matteo; Canu, Antonella; Capitelli, Mariano; Capra, Anna Clara Maria; Carbonara, Rosa; Carbone, Maria; Carbonella, Marco; Carrabba, Nazario; Casavecchia, Grazia; Casula, Margherita; Chesi, Elena; Cicco, Sebastiano; Citro, Rodolfo; Cocchia, Rosangela; Colombo, Barbara Maria; Colonna, Paolo; Conte, Maddalena; Corrado, Giovanni; Cortesi, Pietro; Cortigiani, Lauro; Costantino, Marco Fabio; Cozza, Fabiana; Cucchini, Umberto; D'angelo, Myriam; Ros, Santina Da; D'andrea, Fabrizio; D'andrea, Antonello; D'auria, Francesca; De Caridi, Giovanni; De Feo, Stefania; De Matteis, Giovanni Maria; De Vecchi, Simona; Giudice, Carmen Del; Dell'angela, Luca; Paoli, Lucrezia Delli; Dentamaro, Ilaria; Destefanis, Paola; Di Fulvio, Maria; Di Gaetano, Renato; Di Giannuario, Giovanna; Di Gioia, Angelo; Di Martino, Luigi Flavio Massimiliano; Di Muro, Carmine; Di Nora, Concetta; Di Salvo, Giovanni; Dodi, Claudio; Dogliani, Sarah; Donati, Federica; Dottori, Melissa; Epifani, Giuseppe; Fabiani, Iacopo; Ferrara, Francesca; Ferrara, Luigi; Ferrua, Stefania; Filice, Gemma; Fiorino, Maria; Forno, Davide; Garini, Alberto; Giarratana, Gioachino Agostino; Gigantino, Giuseppe; Giorgi, Mauro; Giubertoni, Elisa; Greco, Cosimo Angelo; Grigolato, Michele; Marra, Walter Grosso; Holzl, Anna; Iaiza, Alessandra; Iannaccone, Andrea; Ilardi, Federica; Imbalzano, Egidio; Inciardi, Riccardo; Inserra, Corinna Antonia; Iori, Emilio; Izzo, Annibale; Rosa, Giuseppe La; Labanti, Graziana; Lanzone, Alberto Maria; Lanzoni, Laura; Lapetina, Ornella; Leiballi, Elisa; Librera, Mariateresa; Conte, Carmenita Lo; Monaco, Maria Lo; Lombardo, Antonella; Luciani, Michelangelo; Lusardi, Paola; Magnante, Antonio; Malagoli, Alessandro; Malatesta, Gelsomina; Mancusi, Costantino; Manes, Maria Teresa; Manganelli, Fiore; Mantovani, Francesca; Manuppelli, Vincenzo; Marchese, Valeria; Marinacci, Lina; Mattioli, Roberto; Maurizio, Civelli; Mazza, Giuseppe Antonio; Mazza, Stefano; Melis, Marco; Meloni, Giulia; Merli, Elisa; Milan, Alberto; Minardi, Giovanni; Monaco, Antonella; Monte, Ines; Montresor, Graziano; Moreo, Antonella; Mori, Fabio; Morini, Sofia; Moro, Claudio; Morrone, Doralisa; Negri, Francesco; Nipote, Carmelo; Nisi, Fulvio; Nocco, Silvio; Novello, Luigi; Nunziata, Luigi; Perini, Alessandro Paoletti; Parodi, Antonello; Pasanisi, Emilio Maria; Pastorini, Guido; Pavasini, Rita; Pavoni, Daisy; Pedone, Chiara; Pelliccia, Francesco; Pelliciari, Giovanni; Pelloni, Elisa; Pergola, Valeria; Perillo, Giovanni; Petruccelli, Enrica; Pezzullo, Chiara; Piacentini, Gerardo; Picardi, Elisa; Pinna, Giovanni; Pizzarelli, Massimiliano; Pizzuti, Alfredo; Poggi, Matteo Maria; Posteraro, Alfredo; Privitera, Carmen; Rampazzo, Debora; Ratti, Carlo; Rettegno, Sara; Ricci, Fabrizio; Ricci, Caterina; Rolando, Cristina; Rossi, Stefania; Rovera, Chiara; Ruggieri, Roberta; Russo, Maria Giovanna; Sacchi, Nicola; Saladino, Antonino; Sani, Francesca; Sartori, Chiara; Scarabeo, Virginia; Sciacqua, Angela; Scillone, Antonio; Scopelliti, Pasquale Antonio; Scorza, Alfredo; Scozzafava, Angela; Serafini, Francesco; Serra, Walter; Severino, Sergio; Simeone, Beatrice; Sirico, Domenico; Solari, Marco; Spadaro, Gian Luca; Stefani, Laura; Strangio, Antonio; Surace, - 01a Articolo in rivista
paper: JOURNAL OF CARDIOVASCULAR ECHOGRAPHY (Oxford : Elsevier -India Pvt. Ltd.: Wolters Kluwer - Medknow Publications) pp. 1-9 - issn: 2211-4122 - wos: WOS:001047388800001 (4) - scopus: 2-s2.0-85166620644 (2)

11573/1678541 - 2023 - The role of polymer parameters and configurations in drag-reduced turbulent wall-bounded flows: Comparison between FENE and FENE-P
Serafini, F.; Battista, F.; Gualtieri, P.; Casciola, C. M. - 01a Articolo in rivista
paper: INTERNATIONAL JOURNAL OF MULTIPHASE FLOW (Elsevier Science Limited:Oxford Fulfillment Center, PO Box 800, Kidlington Oxford OX5 1DX United Kingdom:011 44 1865 843000, 011 44 1865 843699, EMAIL: asianfo@elsevier.com, tcb@elsevier.co.UK, INTERNET: http://www.elsevier.com, http://www.elsevier.com/locate/shpsa/, Fax: 011 44 1865 843010) pp. - - issn: 0301-9322 - wos: WOS:000989512300001 (3) - scopus: 2-s2.0-85153530701 (5)

11573/1710265 - 2023 - Turbulent pipe flows of dilute polymer solutions
Serafini, F.; Battista, F.; Gualtieri, P.; Casciola, C. M. - 04b Atto di convegno in volume
conference: 10th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, THMT 2023 (Rome, Italy)
book: Proceedings of the International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer - (9781567005349)

11573/1687777 - 2023 - Kinetic energy budget in turbulent flows of dilute polymer solutions
Serafini, F; Battista, F; Gualtieri, P; Casciola, Cm - 01a Articolo in rivista
paper: FLOW TURBULENCE AND COMBUSTION (Kluwer Academic Publishers:Journals Department, PO Box 322, 3300 AH Dordrecht Netherlands:011 31 78 6576050, EMAIL: frontoffice@wkap.nl, kluweronline@wkap.nl, INTERNET: http://www.kluwerlaw.com, Fax: 011 31 78 6576254) pp. 3-14 - issn: 1386-6184 - wos: WOS:001041252700002 (0) - scopus: 2-s2.0-85166340012 (0)

11573/1656199 - 2022 - Drag reduction in turbulent wall-bounded flows of realistic polymer solutions
Serafini, F.; Battista, F.; Gualtieri, P.; Casciola, C. M. - 01a Articolo in rivista
paper: PHYSICAL REVIEW LETTERS (American Institute of Physics:2 Huntington Quadrangle, Suite 1NO1:Melville, NY 11747:(800)344-6902, (631)576-2287, EMAIL: subs@aip.org, INTERNET: http://www.aip.org, Fax: (516)349-9704) pp. - - issn: 0031-9007 - wos: WOS:000890664900004 (9) - scopus: 2-s2.0-85138290737 (11)

11573/1673798 - 2022 - Drag reduction in polymer-laden turbulent pipe flow
Serafini, Francesco; Battista, Francesco; Gualtieri, Paolo; Casciola, Carlo Massimo - 01a Articolo in rivista
paper: FLUIDS (Basel: MDPI AG, 2016-) pp. - - issn: 2311-5521 - wos: WOS:000895535900001 (1) - scopus: 2-s2.0-85162127029 (4)

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