COMSOL

Tra le attività di ricerca del CIRDER sono spesso presenti delle campagne sperimentali di tipo simulativo. Gli strumenti messi a disposizione dalla simulazione numerica consentono infatti di replicare virtualmente processi complessi come la produzione di biocombustibili, analisi termofluidodinamiche e l’ottimizzazione dei componenti degli impianti.

Tra i tool di cui dispone il CIRDER in tal senso si trova il software COMSOL Multiphysics (CM), strumento di analisi, risoluzione e simulazione nato nel 1985 sulla base del codice informatico elaborato da Svante Littmarck e Farhad Saeidi all’interno di un corso di laurea presso il Royal Institute of Technology di Stoccolma. Chiamato fino al 2005 FEMLAB, con chiaro riferimento al metodo agli elementi finiti (FEM, Finite Element Method) a cui esso attinge di base per risolvere gli scenari, è composto da vari moduli contenenti formulazioni fisiche di base, da cui la predisposizione ad essere sfruttato in campi di interesse ingegneristico che richiedono analisi approfondite e spesso multifisiche. Già da qualche anno a questa parte, CM mette a disposizione la possibilità di sviluppare degli applicativi standalone eseguibili su qualsiasi computer, che non richiedano la licenza installata del software. L’intero ambiente di simulazione risulta compatibile con numerosi applicativi di terze parti (MATLAB, SolidWorks, AutoCAD, CATIA, Microsoft Excel, etc.), facilitando ad esempio l’importazione di modelli geometrici e la successiva analisi mediante FEM.

Molteplici campagne sperimentali hanno richiesto un approccio simulativo al fine di analizzare e dunque ottimizzare specifici processi come ad esempio il riscaldamento di un reattore, la dinamica del mescolamento intesa come diffusione e trasporto di specie chimiche a seguito del moto di un agitatore di tipologia variabile, la determinazione del campo di moto e di temperatura all’interno di un volume solido e/o fluido, l’interazione fluido/struttura, il tracciamento di particelle e lo studio di fenomeni chimici per una specifica reazione. Si specifica che l’approccio a tali studi è possibile sia in stazionario che in transitorio.

Il CIRDER dispone delle seguenti interfacce fisiche per simulare degli scenari in COMSOL Multiphysics (per alcuni moduli si omette l’ulteriore divisione in sub-interfacce, in quanto la denominazione risulta esplicativa):

  • AC/DC:
    • campi magnetici;
    • correnti elettriche;
    • elettrostatica;
  • acustica:
    • acustica di pressione;
  • trasporto di specie chimiche:
    • trasporto di specie diluite;
    • trasporto di specie concentrate;
    • chimica;
    • ingegneria delle reazioni chimiche;
    • equazioni di Nernst-Planck;
    • equazioni di Nernst-Planck-Poisson;
    • trasporto di specie diluite in mezzi porosi;
    • trasporto elettroforetico;
    • trasporto di umidità;
    • flusso di umidità;
    • flusso reagente;
    • flusso reagente in mezzo poroso;
    • macchine rotanti con flussi reagenti;
    • reazioni sulle superfici;
    • trasporto di specie diluite nelle fratture;
    • trasporto di specie diluite nelle tubazioni;
    • flusso reagente nelle tubazioni;
  • trasmissione del calore:
    • trasmissione di calore nei solidi;
    • trasmissione di calore nei fluidi;
    • trasferimento di calore in solidi e fluidi;
    • scambio termico coniugato;
    • irraggiamento;
    • riscaldamento elettromagnetico;
    • strutture sottili;
    • trasporto di calore e umidità;
    • trasmissione del calore in mezzi porosi;
    • non-equilibrio termico locale;
    • trasmissione del calore nei tessuti biologici;
    • trasmissione del calore nelle tubazioni;
    • effetto termoelettrico;
  • flusso di fluido:
    • flusso in fase singola;
      • flusso di Stokes;
      • flusso laminare;
      • flusso turbolento;
      • macchine rotanti, flusso di fluido;
      • flusso nelle tubazioni;
      • colpo d’ariete;
    • flusso di film sottile;
    • flusso multifase:
      • flusso con bolle;
      • modello di miscela;
      • modello Eulero-Eulero;
      • macchine rotanti, flusso multifase;
      • flusso bifase, level set;
      • flusso bifase, phase set;
      • flusso trifase, campo di fase;
      • trasporto di fase;
    • mezzi portosi e flusso di sub-superficie;
    • flusso non isotermo:
      • flusso laminare;
      • flusso turbolento;
      • macchine rotanti, flusso non isotermo;
      • pipe flow non isotermo;
    • flusso ad alti numeri di Mach;
  • meccanica strutturale:
    • meccanica dei solidi;
  • matematica:
    • interfacce EDP;
    • interfacce EDO e EAD;
    • ottimizzazione e sensitività;
    • EDP classiche;
    • Interfaccia mobile;
    • mesh deformata;
    • distanza dalla parete;
    • coordinate curvilinee.

Si specifica che il CIRDER è titolare di una licenza CPU che risiede su una Workstation adibita al calcolo computazionale, cui segue che la versione installata del software permane aggiornata ad ogni ultimo update rilasciato.

Per quanto riguarda lo studio delle biomasse, è stato spesso utilizzato il software AQUASIM, al fine di simulare le reazioni chimiche di origine batterica che avvengono all’interno di un ambiente acquoso.