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6 motivi per progettare valvole con la simulazione numerica

Pubblicato da Davide Daloisio, Diana Magnabosco il 7 October 2021

🕓 Tempo di lettura: 4 minuti

Valvole CFD

Le principali sfide che i tecnici incontrano nella progettazione di una valvola sono il saper bilanciare la caduta di pressione a fronte di un efficace coefficiente di flusso (KV o CV). Questo perché la progettazione di una valvola è normalmente un processo lungo e costoso, quasi sempre fatto per tentativi ed errori, perché è praticamente impossibile ottenere una chiara comprensione della complessa fluidodinamica utilizzando metodi di test fisici convenzionali.

Come progettare valvole di qualità

 

Gli ingegneri sono costretti a provare qualcosa di diverso, quindi progettare, costruire prototipi, misurare le loro prestazioni e ripetere il ​​processo fino a ottenere un design accettabile, è il circolo che si mette in moto pur di ottenere una valvola funzionante. Ma l'alto costo impegnato nella costruzione e nel collaudo delle configurazioni di prova, ha come risultato che nella maggior parte dei casi il processo si conclude molto prima che il progetto sia ottimizzato.

Un’altra sfida che si pone davanti a chi progetta delle valvole è la non facile gestione dei fluidi multifase e l’insorgenza del fenomeno della cavitazione. La cavitazione può essere molto distruttiva, soprattutto se il collasso delle bolle si verifica vicino alla parete del corpo della valvola. Se la cavitazione è forte, la parete può essere distrutta. È quindi molto importante sapere dove si verifica la cavitazione nella valvola.

La fluidodinamica computazionale è uno strumento fondamentale per la risoluzione di questi problemi in fase di progettazione e, poi, di ottimizzazione per tutta una serie di componenti come scambiatori di calore, pompe e valvole. Ma concentriamoci sui 6 principali punti di forza dell'utilizzo della simulazione CFD nella progettazione delle valvole:

 

1 - Analisi dettagliata del comportamento del prodotto

Quando si simula una valvola, le analisi che ne scaturiscono fanno emergere dettagli del comportamento interno del prodotto che senza un approccio numerico sarebbero inaccessibili. Attraverso la simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) sarai in grado di valutare il flusso all’interno della valvola.

 

Fluidodinamica computazionale

 

 

2 - Più iterazioni di design in fase di concept

Nella fase di concept si ha la possibilità di lanciare molti più run e di valutare un elevato numero di design per influire maggiormente sul proprio modello con il vantaggio di avere subito a disposizione il risultato delle analisi, rispetto ad un approccio convenzionale con l’utilizzo di test fisici.

3 - Facile valutazione e ottimizzazione del design

L’utilizzo di analisi numeriche da la possibilità al progettista di valutare e ottimizzare ogni design, tenendo conto anche di innumerevoli vincoli tecnico-normativi. Ogni dettaglio dei flussi può essere ingrandito ed analizzato. In ogni sezione della valvola è possibile valutare la velocità del fluido e quale sia la loro entità in funzione della frequenza. Tutto questo permette agli ingegneri di anticipare e prevedere la presenza di eventuali picchi non a norma.

 

4 - Ridotto numero di prove sperimentali

Grazie all’alta confidenza dei calcoli offerta dalla fluidodinamica computazionale, i test derivanti dalle prove sperimentali sono ridotti solo a quelli indispensabili. Grazie alla possibilità di ottenere graficamente i risultati dellanalisi CFD è possibile valutare l’entità della caduta di pressione e stabilire la sua distribuzione nell’attraversamento della valvola. È possibile anche ottenere la curva caratteristica di come varia il coefficiente di flusso al variare dell’apertura della valvola.

Valvola CFD

 

5 - Minor time-to-market

Un approccio numerico permette di accorciare i tempi che intercorrono dall’ideazione all’effettiva commercializzazione di un prodotto. Come detto nell’introduzione, spesso gli ingegneri approcciandosi al problema con metodi convenzionali, sono portati a progettare, costruire e sviluppare prototipi fisici che richiedono di destinare un grande monte di risorse orarie ed economiche. Questo non fa altro che rallentare l’immissione sul mercato, avvantaggiando i competitor che utilizzano i metodi numerici. La simulazione numerica per gli ingegneri quindi è un “must have”

6 - Costo del prodotto ridotto

Tutto questo contribuisce all’abbattimento dei costi legati allo sviluppo del prodotto. Questo è sicuramente un vantaggio competitivo da sfruttare. Anche perché il costo del prodotto è una delle cose di maggior peso per un cliente. Questo è tanto più vero quanto più è grande l’investimento per un’azienda intenzionata a comprare. L’approccio CAE può contribuire all’abbassamento dei costi, non andando mai ad inficiare la qualità finale della valvola.


I vantaggi competitivi della fluidodinamica computazionale

I moderni codici CFD hanno modelli che riconoscono quando il fluido scende al di sotto della pressione di vapore locale, implementando il cambiamento di fase. Il risultato è un'immagine accurata all'interno della valvola che mostra non solo dove si verifica la cavitazione ma restituisce anche una misura accurata della ridotta capacità della valvola.

L'analisi CFD può essere abbinata anche ad un codice acustico specializzato che calcola la propagazione dell'onda. È disponibile anche la modellazione dell'analogia acustica in cui la CFD viene utilizzata per calcolare il campo sorgente e le soluzioni analitiche vengono utilizzate per propagare il suono dalla sorgente alla posizione del ricevitore. Infine, la modellazione della sorgente di rumore basata sulle equazioni di Navier-Stokes utilizza correlazioni empiriche per stimare la radiazione acustica in base al flusso medio.


Di motivi per adottare questo approccio ce ne sarebbero tanti. Ma quello che più dovrebbe spingere un ingegnere ad utilizzare la simulazione numerica come strumento è l’innovazione che è intrinseca a questo metodo. Se vi interessa avere maggiori informazioni su questa tecnologia e scoprire i vantaggi che la tua azienda avrebbe nell'integrarla all'interno dei suoi processi di progettazione e produzione contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande.

 

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Argomenti: Simulazione, CFD

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