Uno dei fattori che limitano maggiormente la diffusione della Computational Fluid Dynamics (CFD) come strumento di progettazione, è sicuramente rappresentato dall'impegno richiesto, in termini di tempo di calcolo e risorse umane, per ottenere la caratterizzazione di un componente in un campo operativo sufficientemente esteso. Le uniche possibilità per superare tale limitazione sono rappresentate da: 1. Un continuo aumento della potenza di calcolo a disposizione, parallelamente all'aggiornamento e al miglioramento delle caratteristiche del software utilizzato; 2. La riconduzione dell'analisi del campo di moto all'interno di geometrie complesse (come quelle normalmente esistenti all'interno dei componenti oleoidraulici di regolazione) a domini di calcolo semplificati, seppur rappresentativi; 3. L'estensione delle informazioni ottenibili da una singola analisi a casi ad essa fluidodinamicamente simili. Tra queste possibilità, le ultime due risultano essere le più interessanti per gli utilizzatori di codici di CFD. Mentre la semplificazione del dominio di calcolo, infatti, si rivela utile solamente se guidata dalla sensibilità nel riconoscere le "sezioni notevoli" di un componente (quelle cioè che condizionano il campo di moto al suo interno), e quindi concorre a sviluppare la capacità di comprensione dei fenomeni fluidodinamici propri di una data geometria, l'estensione dei risultati ottenuti per una condizione di funzionamento ad un intero campo operativo amplifica le potenzialità dell'analisi CFD, rendendone possibile l'utilizzo anche come strumento di design. Questo lavoro mostra come l'analisi CFD del campo di moto del fluido all'interno di un componente oleoidraulico a cursore possa essere utilizzata, oltre che per l'osservazione delle sue caratteristiche peculiari (distribuzioni di pressione e velocità, turbolenza, distribuzioni di energia cinetica, effetto Coanda, ...), anche per determinare le caratteristiche di funzionamento del componente stesso con un numero minimo di informazioni numeriche. Nel seguito vengono presentati i risultati ottenuti durante la caratterizzazione numerica e sperimentale della camera non compensata di un distributore commerciale di tipo on-off, non solo in termini di curva caratteristica "classica" (Q - Dp), ma anche relativi alla previsione delle forze di natura fluidodinamica interessanti il cursore mobile. L'attività di simulazione, condotta mediante un codice CFD agli elementi finiti, è stata eseguita studiando il campo di moto all'interno del distributore in riferimento a domini geometrici semplificati (2D assialsimmetrici), ed impostando il problema fluidodinamico come adimensionale; la caratterizzazione completa del componente, inoltre, è stata effettuata applicando una tecnica di estensione dei risultati di una singola simulazione, basata sull'uso opportuno dei fattori di scala. Il confronto numerico-sperimentale, effettuato su un'ampia quantità di dati, ha permesso di evidenziare come lo strumento di calcolo sia effettivamente in grado di sostituire, almeno per propositi di progetto e design del componente, la ben più onerosa attività sperimentale, con un limitato impegno delle risorse disponibili.
La Valvola Virtuale
R Paoluzzi
2000
Abstract
Uno dei fattori che limitano maggiormente la diffusione della Computational Fluid Dynamics (CFD) come strumento di progettazione, è sicuramente rappresentato dall'impegno richiesto, in termini di tempo di calcolo e risorse umane, per ottenere la caratterizzazione di un componente in un campo operativo sufficientemente esteso. Le uniche possibilità per superare tale limitazione sono rappresentate da: 1. Un continuo aumento della potenza di calcolo a disposizione, parallelamente all'aggiornamento e al miglioramento delle caratteristiche del software utilizzato; 2. La riconduzione dell'analisi del campo di moto all'interno di geometrie complesse (come quelle normalmente esistenti all'interno dei componenti oleoidraulici di regolazione) a domini di calcolo semplificati, seppur rappresentativi; 3. L'estensione delle informazioni ottenibili da una singola analisi a casi ad essa fluidodinamicamente simili. Tra queste possibilità, le ultime due risultano essere le più interessanti per gli utilizzatori di codici di CFD. Mentre la semplificazione del dominio di calcolo, infatti, si rivela utile solamente se guidata dalla sensibilità nel riconoscere le "sezioni notevoli" di un componente (quelle cioè che condizionano il campo di moto al suo interno), e quindi concorre a sviluppare la capacità di comprensione dei fenomeni fluidodinamici propri di una data geometria, l'estensione dei risultati ottenuti per una condizione di funzionamento ad un intero campo operativo amplifica le potenzialità dell'analisi CFD, rendendone possibile l'utilizzo anche come strumento di design. Questo lavoro mostra come l'analisi CFD del campo di moto del fluido all'interno di un componente oleoidraulico a cursore possa essere utilizzata, oltre che per l'osservazione delle sue caratteristiche peculiari (distribuzioni di pressione e velocità, turbolenza, distribuzioni di energia cinetica, effetto Coanda, ...), anche per determinare le caratteristiche di funzionamento del componente stesso con un numero minimo di informazioni numeriche. Nel seguito vengono presentati i risultati ottenuti durante la caratterizzazione numerica e sperimentale della camera non compensata di un distributore commerciale di tipo on-off, non solo in termini di curva caratteristica "classica" (Q - Dp), ma anche relativi alla previsione delle forze di natura fluidodinamica interessanti il cursore mobile. L'attività di simulazione, condotta mediante un codice CFD agli elementi finiti, è stata eseguita studiando il campo di moto all'interno del distributore in riferimento a domini geometrici semplificati (2D assialsimmetrici), ed impostando il problema fluidodinamico come adimensionale; la caratterizzazione completa del componente, inoltre, è stata effettuata applicando una tecnica di estensione dei risultati di una singola simulazione, basata sull'uso opportuno dei fattori di scala. Il confronto numerico-sperimentale, effettuato su un'ampia quantità di dati, ha permesso di evidenziare come lo strumento di calcolo sia effettivamente in grado di sostituire, almeno per propositi di progetto e design del componente, la ben più onerosa attività sperimentale, con un limitato impegno delle risorse disponibili.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
