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Dalla Libanomanzia ai Modelli ab-Initio • Leonardo Castellano
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Libanomanzia
• Arte Divinatoria Basata sulla Interpretazione dei Fumi dell’Incenso. (Antica Babilonia, 2000-1600 A.C.)
• Testimonianza dell’Antichità dello Sforzo Umano per la Conoscenza “Fine” delle Tecnologie della Combustione
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Vaticinio vs Fumo(per Guerre e Guerrieri; I.L. Finkel, AfO 29-30 )
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Vaticino vs Fumo(per gli Affari Comuni; I.L. Finkel, AfO 29-30 )
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Caso o “Tecnologia” ?
• Riuscire, con una tabella così, ad indovinare il futuro un numero di volte abbastanza alto da sostenere la credibiltà della “professione” appare difficile
• I sacerdoti Babilonesi erano geniali astronomi e matematici; perché non accreditarli anche di cognizioni empiriche, magari rozze ma sufficienti, su ciò che noi oggi chiamiamo Fluidodinamica, Scambio Termico, Chimica-Fisica etc….etc….?
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Caso o “Tecnologia” ?
• Conoscenza profonda dei fatti
• analisi fredda delle forze in gioco
• un po’ di intelligence• un po’ di psicologia• ….e con un po’ di
tecnologia la divinazione è fatta !
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….Tecnologie che progredirono nelle carte più segrete di…..
• Vasai e soffiatori di vetro• Forgiatori di spade e armature• Maestri della fusione di statue• Inventori di miscele incendiarie• Maghi• Alchimisti• Pirotecnici, Produttori di fiaccole e candele• ….Fornai e cuochi…..
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…Tecnologie concettualmente simili a quelle espresse in…
• Grafici, Nomogrammi, Correlazioni Empiriche e Semiempiriche……..
con cui ancora oggi si progettano, si costruiscono e si eserciscono macchine grandi e complesse come i Generatori di Vapore e i sistemi Turbogas per la produzione di Energia Elettrica
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Schema di Generatore di Vapore
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Macchina Turbogas
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e.g. Regole di Dimensionamento dei Combustori
• Su “sacri-testi” datati 1990 (e.g. Design of Modern Turbine Combustors, A.M. Mellor ed., Academic Press, London, 1990), per il dimensionamento dei combustori, vengono indicate procedure del tipo:
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1)
2)
3)
4)
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• 4.1)
• 4.2)
• 4.3) etc…etc….
• E per le emissioni; (e.g. Bakken L.E., Skogly L., “Parametric Modeling of Exhaust Gas Emissions from Natural Fired Gas Turbines”, J. Engn. Gas Turbines and Power, 118, 553-560, 1996)
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Generatori di Vapore
• dalla “bibbia” Steam. Its Generation and Use, S.C. Stultz & J.B. Kitto (eds.), The Babcock and Wilcox Company, 40th edition, Barberton, Ohio, 1992
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Modelli ab-Initio; i.e.
• basati sulle leggi fondamentali della Fisica e della Chimica espresse in forme matematiche ambientate nell’intero ingombro geometrico del sistema di interesse; uniche variabili indipendenti: le coordinate spaziali e il tempo;
• che fanno uso delle stime delle proprietà termofisiche, chimicofisiche e meccaniche dei materiali così come determinate utilizzando le tecniche base della Fisica e della Chimica
• (quanto più possibile) privi di parametri e/o dati di input derivanti da correlazioni sperimentali degli effetti macroscopici di uno o più dei fenomeni di interesse
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Perché ?La necessità di acquisire:
• conoscenze di valenza generale; i.e. indipendenti dalle peculiarità costruttive e operative di una data macchina o di una a filiera di macchine;
• conoscenza di precise relazioni causa-effetto;
• conoscenze sulla scala spazio-temporale più vicina possibile a quella su cui i fenomeni di interesse iniziano a manifestarsi in modo sensibile ma ancora condizionabile
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Data di nascita ? ~Inizio anni ‘70
• Quasi contemporaneamente alla pubblicazione e alla diffusione del 1° Rapporto del Club di Roma “I Limiti dello Sviluppo” (Limits to Growth)
• Contemporaneamente alla diffusione commerciale di computers con prestazioni adeguate a consentire il passaggio dai primi, fragili metodi di soluzione numerica delle equazioni del moto dei fluidi (Equazioni di Navier-Stokes) nei metodi più robusti, flessibili, completamente 3D, che possono essere considerati alla base degli attuali codici di calcolo industriali
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• A.A. Amsden, F.H. Harolw (1970), “The SMAC Method: A Numerical Technique for Calculating Incompressible Fluid Flows”, Los Alamos Scientific Laboratory, LA-4370
• Hirt C.W., Cook J.L. (1972), “Calculating Three-Dimensional Flows around Structures and over Rough Terrain”, Journal of Computational Physics, 10, pp. 324-340
• Patankar S.V., Spalding D.B. (1972), “A Calculation Procedure for Heat and Mass Transfer in Three-Dimensional Parabolic Flows”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 15, pp. 1787-1806
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...e dopo quasi un quarto di secolo di lavoro duro ma appassionante; pieno anche di lunghe fasi di delusione e scoramento, ma in ogni momento affascinante….
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Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (vedere animazione)
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Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (Spicchio)
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Confronto del Rilascio di Caloretra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas
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Confronto della Concentrazione di O2 tra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas
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…ma l’avventura non è finita…
• Sono enormi e utilissimi, progressi, ma oggi viviamo la n-sima fase di “insoddisfazione metodica”
• Strumenti e metodi di visualizzazione delle fiamme, sempre più raffinati, ci rivelano aspetti che riusciamo anche, almeno in parte,
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….quasi un paradosso: oggi diciamo aimodelli più di quanto i modelli riescano
a dire a noi….
• a decifrare, descrivere e trasferire nei modelli…..ma i codici di calcolo non sono ancora in grado di restituirci la “Road-Map” esatta lungo la quale si forma la realtà che rileviamo nei sistemi di taglia industriale
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Lo stato dell’arte si può riassumere così….
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…..risultato deludente ? NO !
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FINE
• Questi modelli hanno dato un grande contributo alla “conoscenza del fuoco” e sono in grado di dire ancora cose importanti
• Nella scienza non è mai utile esaltarsi; le spinte al meglio sono le stagioni “del nostro scontento”
• Vie per nuovi e più potenti approcci ab-Initio cominciano timidamente a delinearsi su un orizzonte che oggi appare più vicino alla maturazione delle nuove generazioni di studiosi che al tramonto di noi “anziani”