{"id":23455,"date":"2024-09-16T03:03:17","date_gmt":"2024-09-16T01:03:17","guid":{"rendered":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/09\/16\/ventilatori-e-fan-come-si-modellano-le-sorgenti-in-una-simulazione-cfd\/"},"modified":"2024-09-16T03:03:17","modified_gmt":"2024-09-16T01:03:17","slug":"ventilatori-e-fan-come-si-modellano-le-sorgenti-in-una-simulazione-cfd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2024\/09\/16\/ventilatori-e-fan-come-si-modellano-le-sorgenti-in-una-simulazione-cfd\/","title":{"rendered":"Ventilatori e Fan. Come si modellano le sorgenti in una simulazione CFD?"},"content":{"rendered":"
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Nella simulazione<\/a> fluidodinamica capita alle volte di dover simulare degli oggetti che aggiungano quantit\u00e0 di moto o energia al fluido ma che non varino la quantit\u00e0 di massa presente nel dominio.<\/strong> Si pensi ad esempio a dei ventilatori che muovano l\u2019aria all\u2019interno di una stanza oppure a dei radiatori che aggiungono solamente calore ma che non sono delle condizioni al contorno: questi elementi sono detti sorgenti.<\/strong><\/p>\n

di Francesco Grispo<\/em><\/p>\n

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Figura 1. Schematizzazione tipologie di sorgenti<\/figcaption><\/figure>\n

Tutti gli elementi riprodotti nella figura 1 si chiamano sorgenti.<\/p>\n

Considerando le equazioni di Navier-stokes nella loro forma completa si ha che:<\/p>\n

1. Equazione di continuit\u00e0<\/h4>\n
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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

dove con Sm<\/sub> si indicano i termini di sorgenti di massa.<\/p>\n

2. Equazione della quantit\u00e0 di moto:<\/h4>\n
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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Dove con Sqdm<\/sub> si indicano i termini di sorgente relativa alla quantit\u00e0 di moto.<\/p>\n

3. Equazione dell\u2019energia<\/h4>\n
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\"\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n

Dove con SE<\/sub>\u00a0si indicano i termini di sorgente energetici. <\/p>\n

A livello matematico quindi, le sorgenti altro non sono che delle fonti di una certa grandezza<\/strong> (massa, quantit\u00e0 di moto o energia) che modificano il flusso ma che si trovano immerse nel flusso e non nel loro contorno.<\/p>\n

Se perci\u00f2 a livello matematico sono un termine aggiuntivo dell\u2019equazione, come si procede alla loro modellazione in un codice CFD?<\/em><\/p>\n

Queste tipologie di \u201ccondizioni al contorno\u201d<\/strong>, anche se condizioni al contorno non lo sono, possono essere rappresentate in diversi modi:<\/p>\n

    \n
  1. Come sorgenti 3D applicate in un sottodominio del mio fluido;<\/li>\n
  2. Come sorgenti 2D applicate al contorno;<\/li>\n
  3. Come elementi puntiformi applicati su un singolo elemento di mesh<\/li>\n
  4. In una modalit\u00e0 completamente differente sfruttando la loro definizione di \u201celementi che non apportano variazione di portata\u201d.<\/li>\n<\/ol>\n

    Un esempio di modellazione di sorgenti<\/h2>\n

    Esploriamo adesso alcuni casi applicativi della stessa problematica vista con queste diverse modalit\u00e0, partendo dal caso pi\u00f9 semplice (termine puntiforme) fino ad arrivare alla modalit\u00e0 pi\u00f9 complessa.<\/p>\n

    Si proceda a voler simulare un ventilatore<\/strong> posizionato nella parte centrale di una stanza cubica, in cui non sono presenti n\u00e8 inlet e n\u00e8 outlet, ma solamente condizioni di parete al contorno.<\/p>\n

    \"\"<\/a>
    Figura 2. Geometria Schematizzata
    \nper il calcolo CFD.<\/figcaption><\/figure>\n

    Si posizioni al centro una sorgente di quantit\u00e0 di moto. Si andr\u00e0 a simulare la sorgente con le diverse modalit\u00e0 elencate sopra.<\/p>\n

    Sorgente 1D<\/h3>\n

    In questo caso \u00e8 imposta una sorgente puntiforme <\/strong>al centro della stanza. Il valore imposto di portata di massa \u00e8 di 0.01 kg\/s ed una velocit\u00e0 di 1m\/s. Conoscendo velocit\u00e0, portata massica e densit\u00e0 del fluido sar\u00e0 calcolata automaticamente la dimensione dell\u2019area.<\/p>\n

    Attenzione perch\u00e9 in questo caso \u00e8 stato inserito anche una sorgente puntiforme con portata uguale ed opposto alla portata di ingresso. Questo perch\u00e9, non essendo presente un outlet, si rischia di andare in overflow<\/strong> per l\u2019aggiunta di portata in un ambiente chiuso.<\/p>\n

    \"\"<\/a>
    Figura 3. Risultati per il calcolo con sorgente 1D<\/figcaption><\/figure>\n

    Questa tipologia di modellazione \u00e8 da utilizzarsi quando le dimensioni della sorgente sono trascurabili<\/strong> rispetto alla dimensione della griglia di calcolo (ad esempio se si vuole considerare il flusso di un motore a getto di un aereo rispetto ad un aeroporto).<\/p>\n

    Sorgente 3D<\/h3>\n

    L\u2019utilizzo di una sorgente 3D \u00e8 necessario quando la forma <\/strong>dell\u2019oggetto potrebbe influire con il flusso e quando si conosce l\u2019area ipotetica. La modellazione, rispetto al modello con sorgente 1D, sar\u00e0 pi\u00f9 complessa, in quanto saranno da inserire delle zone di interfaccia <\/strong>e delle condizioni di parete<\/strong>. Questa tipologia di modellazione \u00e8 da utilizzare quando le dimensioni della sorgente non <\/strong>sono trascurabili rispetto all\u2019ambiente di analisi.<\/p>\n

    \"\"<\/a>
    Figura 4. Risultati per il calcolo con sorgente 3D<\/figcaption><\/figure>\n

    Sorgente 2D<\/h3>\n

    Una terza modalit\u00e0 con cui si pu\u00f2 inserire una sorgente \u00e8 quella di utilizzare le condizioni al contorno classiche<\/strong>. Nella regione di fluido sar\u00e0 da definire una zona di vuoto che abbia un inlet ed un outlet all\u2019interno del fluido. A tale inlet ed a tale outlet si daranno le condizioni di portata o comunque di grandezza richieste dalla modellazione. Questa modalit\u00e0 \u00e8 molto utile per la sua semplicit\u00e0 <\/strong>e quando il solutore che stiamo utilizzando non prevede la possibilit\u00e0 di inserire delle sorgenti (non tutti i solutori lo permettono).<\/p>\n

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    Figura 5. Risultati per il calcolo con sorgente 2D<\/figcaption><\/figure>\n

    Attenzione perch\u00e9 ad una prima occhiata il modello con sorgente 2D e con sorgente 3D possono sembrare uguali, ma la differenza \u00e8 che nel modello 3D \u00e8 presente un sottodominio in cui transita del fluido ed a quel sottodominio \u00e8 applicata la condizione di sorgente, mentre nel campo 2D la parte in cui \u00e8 presente la sorgente \u00e8 vuota e le condizioni di input e output sono applicate alle pareti del vuoto.<\/p>\n

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    Figura 6. Confronto tra campo sorgente 2D e campo
    \nsorgente 3D<\/figcaption><\/figure>\n

    Note finali sulla scelta delle sorgenti<\/h2>\n

    Si \u00e8 visto diverse modalit\u00e0 con cui si possono simulare elementi interni al fluido che apportano modifiche al campo fluidodinamico e che non sono delle condizioni al contorno.<\/p>\n

    Si deve tenere a mente che non esiste una forma preferibile rispetto ad un\u2019altra, ma che le scelte devono essere operate sulla base di quelle che sono le necessit\u00e0<\/strong>. Se lo scopo \u00e8 solamente avere un\u2019informazione riguardo a come una struttura viene investita da un flusso proveniente da una fonte molto pi\u00f9 piccola oppure se le dimensioni della sorgente sono molto piccole rispetto alla dimensione del volume fluido, sar\u00e0 sufficiente crearne una come tipologia 1D<\/strong>. Diversamente, se si vuole conoscere in che modo il campo fluidodinamico interferisce con la forma della sorgente oppure se le dimensioni sono comparabili a quelle del volume fluido, si dovr\u00e0 procedere con una modellazione di tipo 3D<\/strong>.<\/p>\n<\/div>\n

    L’articolo <strong>Ventilatori e Fan. Come si modellano le sorgenti in una simulazione CFD?<\/strong><\/a> sembra essere il primo su Il Progettista Industriale<\/a>.<\/p>\n<\/div>\n

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    Autore: Roberta Falco<\/p>\n

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