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La Dinamica dei Fluidi Computazionale (CFD, Computational Fluid Dynamics) si occupa della simulazione numerica del flusso dei fluidi, del trasferimento di calore e dei fenomeni correlati (es. reazioni chimiche). Questa tecnica è particolarmente utile per analizzare il flusso di fluidi in diversi contesti, inclusi quelli legati alla manifattura oppure all’ottimizzazione di strutture per il settore oil&gas ma non è limitato a questi. Esempi sono lo studio della rimozione di un particolato solido da un piano attraverso un opportuno sistema di aspirazione oppure l’ottimizzazione della geometria di una ventola di un drone per minimizzare la rumorosità.

I risultati di una simulazione CFD forniscono informazioni dettagliate sul flusso del fluido, come la velocità, la pressione e la temperatura. Questi dati vengono visualizzati attraverso mappe di colore, grafici e animazioni per una migliore comprensione e per consentire di ottimizzare i processi produttivi migliorando l'efficienza del flusso di fluidi all'interno di apparecchiature o sistemi complessi.

In questo ambito MUSP è in grado di realizzare e, in alcuni, di verificare sperimentalmente:

  • modelli fluidodinamici con solidi in sospensione;

  • calcolo della distribuzione termica all’interno di un volume;

  • iterazione fluido-meccanica e valutazione degli sforzi;

  • analisi delle turbolenze e ottimizzazione della geometria di un corpo.

Strumenti

Linguaggi di programmazione e ambienti di calcolo (TOOL: SW_DEV)

All’interno di questo strumento sono raggruppati tutti gli ambienti di programmazione tecnici che MUSP utilizza per lo sviluppo dei progetti e/o servizi. L’utilizzo di questi linguaggi di programmazione o software di sviluppo permette, ad esempio, di dialogare con software commerciale tramite API per velocizzare lo scambio di dati e informazioni tra più piattaforme. Altri programmi vengono scritti per velocizzare analisi e calcoli che derivano da misure sperimentali o ancora servono a leggere/scrivere su bus di campo per le applicazioni legate alla manifattura avanzata. MUSP, a seconda delle esigenze dell’azienda, può realizzare fogli di calcolo o programmi di calcolo per velocizzare progettazione di componenti, programmazione di macchine, storicizzazione di misure e ottimizzazione di parametri processo che rispondano ad un problema tecnico molto focalizzato per l’azienda.

A titolo esemplificativo, non esaustivo, MUSP si serve ad esempio dei seguenti ambienti/linguaggi:

  • Python: linguaggio di programmazione ad alto livello, noto per la sua semplicità e leggibilità. Supporta paradigmi di programmazione multipli, inclusi il procedurale, l'orientato agli oggetti e il funzionale. MUSP lo utilizza prevalentemente per l’analisi di dati;
  • C++: linguaggio di programmazione di basso livello. Caratterizzato da efficienza e controllo diretto sull'hardware, è ancora ampiamente utilizzato per programmare sistemi embedded, software di sistema e applicazioni ad alte prestazioni;
  • LabVIEW: ambiente di sviluppo integrato sviluppato da National Instruments®, utilizzato principalmente per l'automazione di test, misure e controllo di sistemi industriali. Consente di creare applicazioni tramite un'interfaccia intuitiva basata su diagrammi di flusso, facilitando lo sviluppo di software per acquisizione dati e analisi in tempo reale;
  • ROS (Robot Operating System): framework flessibile per lo sviluppo di software per robot, fornendo servizi come astrazione hardware, controllo di dispositivi, implementazione di algoritmi e messaggistica tra processi. Grazie alla sua architettura modulare e alla vasta collezione di pacchetti open source, facilita la ricerca e lo sviluppo di applicazioni robotiche complesse, dalla prototipazione alla produzione.

Software CFD (TOOL: CFD)

Un software CFD (Computational Fluid Dynamics) è uno strumento di simulazione che analizza il flusso dei fluidi e il trasferimento di calore all'interno di sistemi complessi, come motori, aeromobili o sistemi di raffreddamento, consentendo la previsione e ottimizzazione delle prestazioni.

In particolare, tra le esperienze di MUSP, sono presenti: simulazioni aerodinamiche per la canalizzazione dei flussi nel motosport, simulazione di temperature volte all’analisi dei dissipatori/radiatori (spugne metalliche), simulazione della resistenza di strutture metalliche a seguito di incendio, simulazione di transitori di fase con abbattimento di temperatura (espansione gas), simulazione del comportamento di polveri in sistemi ad aria (pressione o depressione) oltre che la simulazione e ottimizzazione del rumore e della portata di ventilatori.

Digital Twin (TOOL: DTWIN)

Il “Digital Twin” è una replica digitale di un oggetto, di un processo o di un sistema del mondo reale. Questo gemello digitale permette di monitorare, simulare e ottimizzare le prestazioni dell'oggetto o del sistema, consentendo una migliore comprensione del suo funzionamento e facilitando la presa di decisioni informate.

Il Gemello Digitale è un insieme ampio di concetti; nelle esperienze e competenze MUSP si sintetizza nell’utilizzo di strumenti digitali che, anche grazie alla presenza di sensori sull’oggetto virtualizzato, sono in grado di scambiare informazioni e mantenere aggiornato (o evidenziare scostamenti in caso di anomalie) tra il modello digitale (descritto in maniera analitica da una matematica) e quello reale (immerso in un contesto con diverse variabili non sempre prevedibili o controllabili soprattutto quando è industrializzato e operativo).

Process Measurements (TOOL: MISURE PROCESSO)

L’obiettivo delle misurazioni di processo è quello di ottenere una quantificazione delle grandezze fisiche che governano (o definiscono) le prestazioni di un processo produttivo o di un sistema. MUSP vanta una strumentazione molto ampia che gli permette di quantificare tantissime grandezze di interesse per il settore manifatturiero, per l’automazione, ecc.

Per affrontare una misura sperimentale, è necessario eseguire un’analisi degli obiettivi della misura e una pianificazione del piano sperimentale (analisi e conoscenza del processo), utilizzando i sensori adeguati (in termini di risoluzione, scala, banda passante, ecc.). Le esperienze e le competenze di MUSP, unite all’attrezzatura disponibile presso il laboratorio, permettono l’esecuzione di misure che, adeguatamente analizzate e filtrate, forniscono informazioni di elevato valore per l’ingegneria o la produzione.