Academic literature on the topic 'Modellazione CFD'

Nel presente lavoro di tesi vengono studiati, per mezzo di simulazioni numeriche di fluidodinamica computazionale, diversi manufatti idraulici, partendo da casi più semplici la cui trattazione teorica e sperimentale è ampiamente conosciuta, come flusso attraverso una soglia e moto uniforme in canale rettangolare, fino a casi complessi di cui non esistono formulazioni teoriche ma solo sperimentali come pozzetti di salto cilindrici. In particolare, come caso conclusivo, si studia il comportamento di un manufatto ripartitore realmente esistente in un impianto di trattamento delle acque reflue.

L’attività di tesi è stata rivolta a realizzare l’accoppiamento tra modelli di reazione chimica e modelli di fluidodinamica per una reazione eterogenea solido-liquido in un reattore agitato, in ambito di un codice commerciale di fluidodinamica numerica. Lo studio ha avuto come punto di partenza la definizione e la discretizzazione del dominio di calcolo tramite un apposito programma. Per una trattazione completa, si sono svolti studi preliminari volti ad identificare le incertezze dovute ai metodi numerici e i limiti dovuti alla formulazione dei modelli per la descrizione del sistema. Lo studio si è svolto considerando sistemi di complessità crescente, partendo da simulazioni monofase fino ad arrivare allo studio di diverse soluzioni per sistemi reagenti con reazioni eterogenee solido-liquido. Questi ultimi esempi applicativi sono serviti come verifica del modello sviluppato (dove con modello si è indicato l’insieme dei modelli relativi alla fluidodinamica accoppiati al modello di reazione). Questa attività ha contribuito ad affrontare un problema di simulazione completa e completamente predittiva dei reattori chimici, essendo la letteratura a riguardo limitata, a differenza di quella relativa alle simulazioni puramente fluidodinamiche.

Gli incendi di pozza sono una delle principali cause di effetto domino nell’industria di processo. La radiazione termica sviluppata dalla fiamma può infatti causare danni alle strutture e alle apparecchiature limitrofe, con il conseguente aggravio dello scenario incidentale iniziale. I software basati su modelli integrali consentono di effettuare una stima rapida degli effetti fisici degli incendi e di indagare l’effetto domino in termini probabilistici, secondo le indicazioni riportate nell’Allegato E del D. Lgs. 105/2015. Tuttavia nelle realtà impiantistiche più complesse, per le quali le conseguenze degli scenari di incendio sono più difficili da stimare, l’ingegneria della sicurezza antincendio può fornire gli strumenti necessari a una valutazione più precisa dell’effetto domino. Lo scopo di questo lavoro di tesi è proprio quello di verificare l’utilizzo di uno strumento di simulazione basato sulla fluidodinamica computazionale per valutare il propagarsi degli effetti di un incendio di pozza sulle apparecchiature circostanti in modo più accurato rispetto all’applicazione dei modelli integrali. Dopo il Capitolo 1, avente carattere introduttivo, il Capitolo 2 descrive le principali tecniche di simulazione degli incendi nell’industria di processo, basate su modelli integrali e modelli CFD. Il Capitolo 3 è dedicato all’analisi delle conseguenze dell’incendio di una pozza di n-eptano, tratto da un Rapporto di Sicurezza di uno stabilimento a rischio di incidente rilevante. Il caso di studio è stato dapprima analizzato con il software di modellazione integrale DNV PHAST, dal quale è emerso il possibile coinvolgimento nello scenario incidentale iniziale di una colonna di estrazione liquido/liquido. In seguito il software NIST FDS, opportunamente calibrato sulla base dei risultati del programma PHAST, è stato utilizzato per valutare l’effetto domino con un approccio CFD sull’impianto bersaglio. Il Capitolo 4 contiene le considerazioni conclusive dello studio effettuato.

L’incendio è uno dei principali scenari incidentali sia in ambito civile che in ambito industriale; per tale motivo è opportuno implementare misure di sicurezza che riducano la frequenza di accadimento e gli effetti derivanti da un incendio; tali misure possono dividersi in passive ed attive, e la loro implementazione nei diversi campi di applicazione è gestita da un ramo specifico dell’ingegneria, l’ingegneria della sicurezza antincendio. In questo lavoro di Tesi è stata studiata la tecnica antincendio che impiega getti di acqua nebulizzata; essa si colloca tra le misure di protezione attive e contribuisce all’estinzione dell’incendio grazie all’iniezione nella zona interessata di uno spray d’acqua formato da gocce molto fini, in grado di contribuire alla soppressione del fuoco sia per il raffreddamento dei gas di combustione, sia per diluizione della sostanza comburente. In particolare, nel lavoro di Tesi è stata applicata la tecnica della fluidodinamica computazionale (CFD) per modellare la soppressione di un incendio con i sistemi ad acqua nebulizzata; a tal fine sono stati innanzi tutto individuati i codici in grado di svolgere tale simulazione, applicandoli poi ad un caso di studio.

Le strutture galleggianti sono spesso utilizzate come infrastrutture per le risorse energetiche offshore. Questa tesi combina indagini numeriche e sperimentali per ampliare la conoscenza della dinamica di strutture galleggianti. Il tema è stato affrontato mediante l’analisi di prove di laboratorio e l’analisi numerica CFD. L’oggetto galleggiante in esame è un parallelepipedo rettangolare (box), e il suo spostamento è stato analizzato al LIDR (Laboratorio di Ingegneria Idraulica dell'Università di Bologna). Il box è stato sottoposto all’azione di onde regolari ed irregolari generate tramite il battionde posto all’inizio del canale, utilizzando diverse configurazioni in base al tipo di ancoraggio e di affondamento. Due videocamere hanno acquisito lo spostamento dell’oggetto e poi i video delle prove sono stati analizzati attraverso routine scritte in Matlab. È stata effettuata l’analisi dinamica individuando la posizione dell’oggetto tramite un cluster di punti e la variazione del suo baricentro nel tempo. Così è stato stimato il suo spostamento nella direzione del moto e nella direzione verticale. Sono state poi effettuate queste analisi anche nel caso di oscillazione libera senza ancoraggio (free decay). In seguito, è stata sviluppata l’analisi numerica con il modello opensource OpenFOAM. In particolare è stato simulato il caso del free decay, mediante il solutore OverInterDyMFOAM con griglia di calcolo dinamica, riportando i risultati e confrontandoli con il caso sperimentale. La presente tesi costituisce un esempio di metodo integrato tra prove sperimentali e modellazione numerica per migliorare lo studio degli oggetti galleggianti.

In questa tesi si presentano diversi studi per la realizzazione di un modello dei getti bifase in ambiente libero in regime di moto turbolento. Il modello è stato realizzato tramite software OpenFOAM per i modelli di turbolenza RAS e LES che sono i più utilizzati in ambito CFD. Le simulazioni prodotte hanno lo scopo di evidenziare pregi e difetti dei modelli introdotti al variare dei numeri adimensionali di Reynolds e Weber che sono tipici parametri utilizzati nello studio della termoidraulica bifase. La ricostruzione delle interfacce è stata eseguita mediante tecniche di tipo VOF.

L’industria automotive sta attraversando un periodo di grandi mutamenti. A tale cambiamento hanno contribuito l’aumento del costo del carburante e la legislazione legata alle emissioni sempre più stringente. Alla luce di questa situazione le automobili ibride ed elettriche stanno emergendo. Lo sviluppo e l’implementazione di batterie agli ioni di litio è dunque cruciale e richiede una conoscenza approfondita anche del comportamento termico nelle varie condizioni operative. La costruzione di modelli termici del comportamento della batteria e del suo sistema di raffreddamento consente, nella fase iniziale di sviluppo, di effettuare scelte determinanti su quello che sarà il “thermal management” della vettura. In questo scritto si va a modellare il comportamento termico di una batteria composta da celle agli ioni di litio per applicazione su veicolo ibrido ad elevate prestazioni. La tesi di laurea è stata svolta presso l’azienda Ferrari S.p.a. all’interno della divisione GT. Nella prima parte si introducono le caratteristiche termo-elettriche delle batterie agli ioni di litio per applicazioni ibride su automobili e le caratteristiche dei veicoli ibridi. Nella seconda parte viene modellata la generazione di calore all’interno di una singola cella agli ioni di litio “in aria” attraverso modelli termo-elettrici 3D utilizzando il software CFD Ansys CFX. Il modello termico applicato viene validato su dati sperimentali presenti in letteratura e su dati sperimentali già presenti in azienda. Nella terza parte si applicano i modelli ricavati nella parte precedente al caso con sistema di raffreddamento attivo delle celle all’interno di un pacco batteria allo scopo di progettare un sistema di raffreddamento che mantenga le celle all’interno dell’intervallo di temperatura consentito utilizzando i software Fluent e CFX.

L’obiettivo di questa tesi è valutare la possibilità di impiegare il modulo di analisi fluidodinamica del codice CAD Solidworks (Floworks) per svolgere i calcoli usuali in fase di progetto concettuale degli aeromobili. Per valutare l’usabilità dello strumento e la sua precisione sono stati modellati, all’interno del software CAD 3D, tre velivoli dell’aviazione commerciale appartenenti a diverse categorie di aeromobili, dei quali sono noti tutti i dati relativi a dimensioni, pesi, coefficienti aerodinamici e profilo tipico di missione. Assumendo il modello CAD 3D modellato come geometria di riferimento, è stato svolto il calcolo delle forze aerodinamiche tramite Floworks ed è stato sviluppato un algoritmo in Matlab per ricavare i valori dei coefficienti C_Le C_D (coefficiente di portanza e resistenza rispettivamente) a partire dai dati in uscita dalla CFD, che sono stati poi riportati graficamente in figure. In un secondo momento sono stati confrontati i risultati del codice Floworks con quelli forniti dalla letteratura per ogni singolo velivolo e con i valori calcolati attraverso le metodologie tipicamente usate nelle stime preliminari dei progetti concettuali. In questo modo è stato valutato il grado di precisione dello strumento di analisi CFD ed è stato analizzato l’errore atteso in caso di impiego nel progetto preliminare degli aeromobili. Infine, come caso di studio, è stato modellato un nuovo velivolo pensato per la partecipazione a una competizione indetta dall’ICAO, del quale sono state verificate le caratteristiche per comprendere come l’uso dei CFD può essere inserito nel ciclo di sviluppo di un prodotto aeronautico. La tesi si conclude con alcune considerazioni riepilogative riguardo all’errore atteso in base al coefficiente aerodinamico di interesse.

Oggi giorno gli edifici a torre di elevate dimensioni sono parte fondamentale del tessuto urbano delle grandi città europee. Allo scopo di consentire la progettazione strutturale dell’edificio in sé, ed in particolare delle sue facciate continue, sono necessari studi approfonditi in grado di appurare tutte le reali azioni a cui questi sono soggetti. Al crescere dell’altezza, il carico a cui attribuire maggiore attenzione in fase di progettazione è sicuramente l’azione del vento. I documenti normativi vigenti aiutano il progettista fornendo valori di pressione attendibili per casi standard, ma non sono altrettanto affidabili per geometrie particolari o per strutture di grandi dimensioni, sempre più richieste dall’architettura moderna. Nel corso del presente elaborato si è partiti dall’analisi del fenomeno eolico e alla valutazione dei flussi agenti sulle costruzioni, con particolare attenzione ai fenomeni di interazione vento struttura. Completata l’analisi teorica, si è passati alla valutazione del carico da vento da normativa a cui sono soggette le facciate continue dell’edificio Stonecutter Court Building in accordo all’ Eurocodice all’ Eurocodice 1 “EN 1991-1-4:2005” ed al relativo annesso nazionale. In secondo luogo si è passati allo studio approfondito per mezzo dei due principali metodi innovativi: analisi sperimentale in galleria del vento e analisi computazionale CFD. In entrambi i casi si è proceduto alla realizzazione di un modello dell’edificio inserito nel suo reale contesto urbano. Per entrambi i metodi di analisi si è proceduto all’analisi delle diverse possibili direzioni del vento. Infine, è stato eseguito un confronto tra i tre possibili metodi di calcolo, sia in termini di entità dell’azione del vento che in termini di impatto economico sull’approvvigionamento dei differenti materiali costituenti una cellula tipica della facciata continua.

Nell'ambito dei motori ad accensione comandata, la comprensione del processo di accensione e delle prime fasi di sviluppo del kernel è di primaria importanza per lo studio dell'intero processo di combustione, dal momento che questi determinano lo sviluppo successivo del fronte di fiamma. Dal punto di vista fisico, l'accensione coinvolge un vasto numero di fenomeni di natura molto complessa, come processi di ionizzazione e passaggio di corrente nei gas: molti di questi avvengono con tempi caratteristici che ne impediscono la simulazione tramite le attuali tecniche CFD. Si rende pertanto necessario sviluppare modelli semplificati che possano descrivere correttamente il fenomeno, a fronte di tempi di calcolo brevi. In quest'ottica, il presente lavoro di tesi punta a fornire una descrizione accurata degli aspetti fisici dell'accensione, cercando di metterne in evidenza gli aspetti principali e le criticità. A questa prima parte di carattere prettamente teorico, segue la presentazione del modello di accensione sviluppato presso il DIN dell'Università di Bologna dal Prof. Bianche e dall'Ing. Falfari e la relativa implementazione tramite il nuovo codice CONVERGE CFD: la validazione è infine condotta riproducendo un caso test ben noto il letteratura, che mostrerà un buon accordo tra valori numerici e sperimentali a conferma della validità del modello.