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La scienza delle goccioline

La dinamica delle collisioni tra goccioline liquide su superfici solide gioca un ruolo cruciale in una varietà di processi, compresa la stampa a getto d’inchiostro e la verniciatura a spruzzo. Recenti sforzi nella comprensione e, quindi, nel controllo della collisione tra goccioline, si sono focalizzati sulle superfici asciutte non piane.
La scienza delle goccioline
Il progetto NONFLATIMPINGEMENT (Droplet impingement on non-flat surfaces), finanziato dall’UE, ha eseguito una modellizzazione numerica dell’interazione tra le goccioline liquide che collidono su superfici non piane. Tale ricerca ha rappresento un importante progresso rispetto ai precedenti studi teorici e numerici, limitati alle superfici piane.

Inizialmente, il team del progetto ha utilizzato il pacchetto commerciale ANSYS Fluent, una suite completa di software di calcolo relativo alla fluidodinamica per la modellizzazione del flusso riguardante i fluidi. È stato scelto ciò che è noto con il nome di metodo del volume di fluido come il più appropriato per simulazioni numeriche del flusso di goccioline tra due fluidi immiscibili.

Questo metodo comporta la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes per il trasferimento sia in termini di massa che di quantità di moto, oltre all’avvezione della grandezza scalare detta frazione volumetrica. Le simulazioni numeriche hanno rilevato il comportamento dell’interfaccia liquido-aria mediante l’uso di una tecnica di affinamento di griglia, permettendo previsioni accurate nell’area di interesse.

Nel corso del progetto, sono stati ulteriormente arricchiti i modelli standard applicabili alle condizioni di cracking catalitico fluido, un comune processo di conversione nelle raffinerie di petrolio. I modelli relativi agli angoli di contatto dinamici e il nuovo modello di forza di bagnatura sono stati incorporati per migliorare la modellizzazione numerica dell’interazione solido-liquido.

I ricercatori del progetto hanno convalidato la robustezza del nuovo approccio nei confronti dei risultati di modellizzazione precedentemente riportati e dei dati sperimentali. Sono stati stabiliti i meccanismi fondamentali che regolano la dinamica di diffusione delle goccioline su entrambe le superfici non piane idrofile e idrofobe, come anche gli effetti sinergici dei parametri di elaborazione.

Il modello numerico sviluppato nell’ambito del progetto NONFLATIMPINGEMENT ha dimostrato di essere in grado di simulare i fenomeni reali e di contribuire all’estrazione di informazioni significative per operazioni di raffinazione del petrolio. In particolare, la conversione delle frazioni di petrolio grezzo a elevato peso molecolare in benzina e altri prodotti potrebbe beneficiare dalle conoscenze acquisite.

Informazioni correlate

Keywords

goccioline liquide, collisione di goccioline, superfici non piane, NONFLATIMPINGEMENT, raffinerie di petrolio, catalisi, FCC
Numero di registrazione: 181128 / Ultimo aggiornamento: 2016-04-27
Dominio: Tecnologie industriali