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La simulazione CFD per tecnologie sostenibili

Pubblicato da Davide Daloisio e Fabio Villa il 17 novembre 2022 | 🕓 Tempo di lettura: 4 minuti

La parola “sostenibilità” richiama alla mente vari aspetti per la maggior parte delle persone. Potresti pensare a parchi eolici, riciclaggio, veicoli elettrici o piantare alberi, ed effettivamente è davvero tutto questo e altro ancora. Ma la sostenibilità comprende tutto ciò che è coinvolto nel soddisfare i nostri bisogni attuali senza impedire alle generazioni future di fare lo stesso. In breve: la sostenibilità non riguarda solo la conservazione delle nostre risorse naturali; si tratta di sostenere anche le prossime generazioni dell'umanità.

È un'impresa monumentale, ma è qualcosa che la simulazione aiuta a rendere possibile lungo tutto il ciclo di vita del prodotto accelerando il time-to-market, garantendo che le risorse vengano utilizzate in modo efficiente, riducendo l'impronta del prodotto e risparmiando sui costi. La simulazione è essenziale per mostrare con precisione come funzioneranno i prodotti, consentendo agli innovatori di passare con sicurezza dalle nuove idee alla realtà, rispettando il ritmo di cui il nostro pianeta ha bisogno ora. Aiuta i team di ingegneri a capire come conservare le risorse e ridurre le emissioni migliorando i prodotti esistenti. Andando oltre la fase di progettazione e sviluppo, la simulazione mostra anche come le aziende possono seguire pratiche più efficienti per rendere la produzione, le operazioni e i processi di fine vita più responsabili dal punto di vista ambientale.

Come ogni grande sfida, il progresso verso gli obiettivi di sostenibilità è più facile da realizzare e monitorare avendo un approccio modulare, suddividendolo in parti più gestibili. Ma quali sono le sfide che devono affrontare gli ingegneri?

Le sfide di sostenibilità che ogni industria dovrà affrontare

L'inquinamento ambientale è stato un dato di fatto per molti secoli, anche se è diventato un problema reale all'inizio della rivoluzione industriale.

L'inquinamento atmosferico è un problema urgente in quanto sta influenzando la qualità della vita in tutto il mondo. I combustibili fossili utilizzati nei veicoli, le emissioni industriali, le raffinerie di petrolio, le pratiche agricole e la combustione del legno, sono le fonti di maggiore squilibrio nella capacità di trattenere la vita di un ecosistema ambientale.

Fluidodinamica computazionale

Per affrontare il problema dell'inquinamento atmosferico, è necessario adottare un sistema tecnologico che sostiene “l'ambiente” senza compromettere le esigenze delle presenti e delle future generazioni. La "tecnologia verde" o "tecnologia sostenibile" è la risposta definitiva ai problemi di inquinamento. La tecnologia verde è una combinazione di politiche ecologiche e di dispositivi ad alta efficienza energetica per sostenere la vita e la crescita economica.

Controllo dell'inquinamento nei dispositivi di combustione

I bruciatori a basse emissioni di NOx sono progettati per controllare la miscelazione di combustibile e aria in ciascun bruciatore al fine di creare un fronte di fiamma più grande con fiamme più ramificate. La temperatura di picco della fiamma viene quindi ridotta e si traduce in una minore formazione di NOx. La migliore struttura della fiamma riduce anche la quantità di ossigeno disponibile nella parte più calda della fiamma, migliorado l'efficienza del bruciatore.

SCRLa riduzione catalitica selettiva (SCR) è un avanzato sistema tecnologico di controllo attivo delle emissioni, che riduce le emissioni dallo scarico di ossidi di azoto (NOx) fino a livelli prossimi allo zero nella nuova generazione di veicoli e attrezzature a motore diesel. Il sistema SCR coinvolge diversi componenti insieme con altre parti del sistema di controllo delle emissioni. Ogni produttore ha le proprie varianti nel tipo e sequenziamento dei diversi componenti del sistema.

La Simulazione CFD dell'inquinamento, un aiuto alla sostenibilità

Uno dei problemi su cui si fa leva è la regolazione del processo di combustione. La CFD fornisce maggiori informazioni sulla fisica del flusso e sulle reazioni chimiche che si sviluppano. Può anche aiutare a suggerire eventuali indicazioni e modifiche progettuali.

La fluidodinamica computazionale può aiutare a studiare diversi progetti e suggerire un design ottimizzato. Ad esempio, per una simulazione del bruciatore a basse emissioni NOx, è stata catturata la forma e la diffusione della fiamma, ed è stata riprodotta in maniera simile a quella osservata nella concentrazione di NO ricavata da prove sperimentali.

Oggi grazie alla simulazione numerica, i sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR) possono essere simulati completamente con strumenti CFD.

I vantaggi della fluidodinamica nelle tecnologie sostenibili

Grazie alla simulazione numerica è possibile eseguire rapidamente analisi a livello di sistema per comprendere gli impatti del rapporto aria/carburante, le condizioni operative, la genesi delle emissioni, la velocità di fiamma, ecc.

SCR systemUlteriori vantaggi sono rappresentati dal retrofit CFD per migliorare le unità SCR esistenti senza ricorrere a un approccio per tentativi con prototipi fisici. è possibile prevedere la distribuzione, l'evaporazione e la miscelazione dello spray, la distribuzione del flusso e infine ridurre i costi di progettazione e aumentare le prestazioni dei nuovi progetti SCR.


Se ti interessa avere maggiori informazioni su questa metodologia 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: Automotive, CFD