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Workshop on Multiphase Flow Science, Morgantown – 06-08.08.2019

Meeting Sotacarbo-NETL (Aug 2019)

Sotacarbo ha partecipato al Workshop on Multiphase Flow Science, tenutosi a Morgantown in West Virginia dal 6 al 8 agosto, nell’ambito dell’accordo sottoscritto nel luglio 2018 con l’ente di ricerca statunitense NETL (National Energy Technology Laboratory). Nella giornata del 6 agosto sono stati presentati sia gli incoraggianti risultati preliminari della collaborazione tra Sotacarbo e il NETL che le tappe successive verso l’obiettivo dello sviluppo e la realizzazione di un gassificatore down-draft.

Il workshop ha anche fornito importanti indicazioni sugli attuali e futuri sviluppi della fluidodinamica computazionale (Computational Fluid Dynamics, da cui l’acronimo CFD), tecnica di simulazione del comportamento dei fluidi di processo, in forte espansione nell’ambito della ricerca industriale.

I software CFD utilizzano metodi numerici e algoritmi matematici per analizzare e risolvere i problemi di fluidodinamica, derivanti dalla progettazione di processo dei nuovi impianti, avvalendosi di calcolatori elettronici quali semplici computer o centri di calcolo. Questi tipi di software vengono utilizzati nel campo dell’industria e della ricerca per tutte le problematiche che riguardano l’azione di fluidi (forze aerodinamiche, motori, pompe, impianti chimici, etc.). Le diverse sessioni del workshop hanno messo in evidenza l’importanza di sviluppare nuovi algoritmi in grado di rappresentare i processi chimici e industriali in maniera più efficace. E’ emerso, infatti, che attualmente i software CFD commerciali non sono in grado di rappresentare in maniera corretta diversi fenomeni fisici che comunemente vengono impiegati nell’industria.

Alcuni gruppi di ricerca hanno esposto i loro studi sulla modellazione della propagazione di un gas all’interno di un liquido e di particelle solide all’interno delle tubazioni; queste ricerche rappresentano il primo passo per poter simulare correttamente un generico processo chimico. Nelle varie sessioni si sono susseguiti diversi studi che hanno mostrato i punti di forza e di debolezza dei modelli di diversi processi chimici come, per esempio, bruciatori e reattori a letto fluido ricircolato. I principali limiti sono legati alla valutazione corretta degli scambi termici all’interno dei reattori e all’inserimento dei parametri cinetici delle reazioni.

Diversi studi sono stati condotti su modelli in grado di simulare correttamente i gassificatori a letto fluido. I modelli presentati mostravano tutti dei limiti, legati principalmente alla complessità dell’analisi computazionale e alla difficoltà di reperire dati sperimentali in grado di validare i modelli.

Il mondo industriale è fortemente interessato allo sviluppo di tecnologie di simulazione, in quanto permettono di ridurre drasticamente i tempi e i costi di progettazione degli impianti. Inoltre i software CFD trovano largo impiego nell’ottimizzazione dei processi industriali, compresa la programmazione della manutenzione.
Parallelamente al miglioramento degli algoritmi di calcolo, in grado di valutare contemporaneamente milioni di parametri, è necessario sviluppare nuovi super computer in grado di ridurre drasticamente i tempi di simulazione: per le simulazioni più complesse alcuni centri di calcolo sono stati impegnati per settimane. I tempi dilatati rappresentano un grosso limite: in alcune applicazioni le tempistiche ristrette di progettazione non consentono l’uso efficace dei metodi CFD. Per aumentare la velocità di convergenza dei modelli CFD si stanno sviluppando nuove tecniche chiamate machine learning, che permettono di ridurre enormemente i tempi di calcolo. APorcu