1.Simulazione della fluidodinamica in sistemi multifase fluido–solido.
Il regime fluidodinamico che si instaura in apparecchiature di processo in cui un fluido attraversa un letto denso di particelle risulta estremamente complesso da rappresentare e prevedere in generale. Il gruppo di ricerca ha messo a punto una metodologia di simulazione, basata su un approccio combinato DEM-CFD, che consente di riprodurre con considerevole fedeltà il comportamento di sistemi a letto fluidizzato. Il codice di calcolo (in Fortran90) è costituito da una sezione dedicata al calcolo del campo di moto della fase solida particellare (Metodo degli Elementi Discreti, DEM) ed una sezione dedicata alla risoluzione delle equazioni che governano il moto della fase fluida (fluidodinamica numerica, CFD). Il codice è stato applicato con successo nell’analisi di sistemi a letto fluido a gas ed a liquido e della miscelazione in letti composti da due solidi. Aspetti di particolare interesse del gruppo di ricerca sono:
Forze al contatto tra le particelle
Forze di interazione fluido-particella in sistemi densi
Scambio di energia termica tra le fasi
2.Modellazione di reattori tubolari a membrana.
I reattori tubolari costituiti da membrane semipermeabili presentano importanti vantaggi rispetto ai reattori tradizionali in una varietà di casi di interesse industriale. I componenti del gruppo di ricerca hanno sviluppato un modello monodimensionale dettagliato in grado di tenere conto degli effetti legati alla cinetica delle reazione, alla permeazione locale e al trasporto dei componenti in sistemi concentrati, in condizioni non isoterme ed in configurazione equi-corrente. I risultati ottenuti nei casi di reazione di Water Gas Shift e Steam Reforming del metano dimostrano la validità del modello sviluppato. Negli ultimi tempi l’attenzione si è rivolta allo sviluppo del modello per sistemi in contro-corrente ed alla risoluzione delle equazioni in geometria 2D, con l’ausilio del software COMSOL Multiphysics®.
3.Analisi modellistica e sperimentale del regime dinamico in reattori CSTR per la combustione di idrocarburi.
Processi di combustione con basse produzioni di inquinanti (NOx) possono essere realizzati attraverso la tecnica della combustione senza fiamma (flameless o mild combustion). Il processo di combustione di semplici idrocarburi in reattori perfettamente miscelati è stato oggetto di studio attraverso una metodologia combinata modellistica e sperimentale. L’apparato sperimentale ha consentito la raccolta di dati preziosi sul comportamento di regime del sistema per reazioni di combustione del metano e dell’idrogeno. Parallelamente, si sono costruiti i relativi schemi cinetici dettagliati che hanno consentito di riprodurre il regime dinamico del sistema attraverso la tecnica numerica della continuazione e la sua analisi e caratterizzazione per mezzo della teoria biforcazionale.
4.Modellazione della formazione di gocce per emulsificazione a membrana.
Il gruppo di ricerca ha contribuito alla messa a punto di un modello macroscopico per la previsione del diametro medio di goccioline di un liquido (fase dispersa) che si formano all’uscita di pori di una membrana investita tangenzialmente da un flusso di un altro liquido immiscibile (fase continua). Il modello, basato su un bilancio macroscopico delle forze agenti sulla gocciolina in formazione, consente di ottenere una ragionevole stima del diametro effettivo che si ottiene sperimentalmente in funzione delle proprietà delle fasi coinvolte, delle caratteristiche della membrana e delle condizioni operative. Recentemente si sta indagando sulla caratterizzazione dei meccanismi chiave che determinano il distacco di gocce attraverso tecniche di fluidodinamica numerica (CFD).
