Simulazione di processi termo-fluididinamici in sistemi reattivi e non

L’ENEA ha sviluppato e mette a disposizione per la progettazione e la validazione numerica dei sistemi:

  • Modellistica della turbolenza e della combustione turbolenta per la messa a punto di metodi di simulazione dei processi;
  • Simulazioni numeriche di tipo stazionario e non stazionario, per applicazioni di potenza (fornaci, caldaie, turbogas), piccola e media generazione (caldaie, trattamenti termici, generazione domestica) e propulsive (settore aerospaziale).

 

Elementi tecnici

Nel dettaglio l’attività prevede:

  • Sviluppo e applicazione di modellistica della turbolenza e della combustione turbolenta per simulazioni non stazionarie (Large Eddy Simulation) di fluidi comprimibili mono e multi-fase (liquido-gas, liquido-gas-solido) a basso ed alto numero di Mach;
  • Simulazioni numeriche di tipo stazionario (RANS) e non stazionario (LES) per applicazioni di interesse industriale orientate a:
    • Progettazione ed ottimizzazione di componenti dal punto di vista energetico ed ambientale
    • Analisi di instabilità di tipo fluidodinamico e termo-acustico per la definizione ed identificazione di fenomeni precursori per lo sviluppo di sensoristica avanzata di monitoraggio e sistemi di controllo del processo
    • Analisi di produzione di specie inquinanti attraverso l’utilizzo di modelli di reattori chimici
    • Analisi delle fenomenologie inerenti la ossi-combustione nell’ambito di tecnologie CCS (Carbon Capture & Storage).

Il Laboratorio ENEA che svolge tali attività si avvale di strumenti di calcolo sia di tipo commerciale (codici FLUENT, CHEMKIN) che proprietario (codice HeaRT) in grado di sfruttare le capacità di supercalcolo offerte dalla GRID-ENEA, tra cui la piattaforma CRESCO che si colloca fra le maggiori infrastrutture di supercalcolo nazionali ed è stata presente nella classifica Top500 dei supercomputer più potenti al mondo ed in quella The Green500 List, relativa all’efficienza energetica dei supercalcolatori. Tali strumenti sono stati efficacemente utilizzati nello sviluppo di tecnologie di combustione avanzata quali la “Lean Premixed Combustion” (combustione premiscelata), MILD Combustion (combustione senza fiamma), la tecnologia Trapped Vortex, la combustione supersonica di Idrogeno per motori Scramjet, la stabilizzazione di fiamme di combustibili idrogenati.

 

Collaborazioni

Il Laboratorio partecipa attivamente a diverse associazioni internazionali, quali lo European Turbine Network e la European Energy Research Alliance, e mantiene costanti collaborazioni sia con gli istituti accademici italiani più attivi nel settore della combustione, che con istituti europei quali il Paul Sherrer Institute di Zurigo.

 

Unità ENEA di riferimento

Unità Tecnica tecnologie avanzate per l’Energia e l’Industria – Centro Ricerche Casaccia

Referente

Franca Rita Picchia, rita.picchia@enea.it

Tipologia di servizio: Servizi di Ricerca e Sviluppo

 

Fig1 stabilizzazione

Fig. 1 - Esempi di stabilizzazione di fiamme non premiscelate con (sinistra) o senza (destra) bluff-body. In particolare sono mostrate delle iso-superfici di temperatura che interagiscono con strutture fluidodinamiche (vortice toroidale blu a sinistra e vortici più complessi rappresentati a destra con linee di corrente)

Fig2 iso

 

 

 

Fig. 2 – Iso-superficie della concentrazione stechiometrica di Idrogeno colorata con la temperatura all’interno di un combustore supersonico (scramjet) in cui l’idrogeno è iniettato attraverso quattro fori in una corrente trasversale di aria

 

 

Fig3 temperatura

Fig. 3 – Temperatura in una camera di combustione per turbine a gas di tipo trapped-vortex (progetto ENEA), alimentata a syngas da carbone a basso potere calorifico