Controllare i flussi nei sistemi
Il flusso d’aria sull’ala di un aereo, lo scorrimento del petrolio negli oleodotti e il movimento del sangue nelle arterie sono tutti governati dalla fisica alla base del flusso dei fluidi. Recenti progressi nei campi dei sensori e del software hanno reso più vantaggioso ed economicamente fattibile lo sfruttamento di sistemi di controllo dei flussi. I metodi numerici generalmente applicati sono però estremamente complicati e non lineari. Per rendere accessibili alla maggioranza dei ricercatori l’analisi e la progettazione di sistemi di controllo dei flussi, sono necessarie approssimazioni semplificate. Da tale motivazione è scaturito il progetto FLOCON (“Flow control: Reduced order modelling, nonlinear analysis and control design”), finanziato dall’UE. Gli scienziati hanno innanzitutto cercato di creare modelli semplificati (di ordine ridotto) per costituire le basi dell’analisi e della progettazione di sistemi di controllo dei flussi, puntando l’attenzione su modelli lineari, utilizzabili con maggiore facilità, ma senza trascurare anche l’espansione a modelli semplici non lineari. Velocità istantanee a determinati intervalli di tempo (snapshot) sono state raccolte sperimentalmente (tramite velocimetria a immagini di particelle) oppure generate teoricamente (tramite simulazioni di fluidodinamica computazionale - CFD). Il team ha sfruttato tecniche ben collaudate per trarre dai dati modelli di ordine ridotto. È stato dimostrato che i modelli rappresentavano con precisione la fluidodinamica osservata. Durante la seconda metà, il team ha applicato la metodologia della modellazione per progettare un sistema di controllo dei flussi. Il caso di prova è consistito nell’attribuzione della capacità di controllare il locale moto rotatorio o rotazione di un fluido (vorticità) alla base di un sistema di cilindro circolare immerso. Dopo una campagna sperimentale per acquisire i punti di ingresso sul cilindro e all’interno, i ricercatori hanno stimato un modello dinamico non lineare e progettato un regolatore. L’anno testato numericamente in MATLAB e con simulazioni CFD, dimostrando una notevole riduzione della vorticità con il regolatore. Il controllo del flusso è importante per ridurre le non linearità e la turbolenza in molte applicazioni industriali e commerciali. FLOCON ha prodotto importanti strumenti utili ai progettisti nello sviluppo di sistemi di controllo funzionanti, con possibili effetti nei settori UE dello spazio, dei trasporti, dell’energia e della sicurezza.
Parole chiave
Controllo dei flussi, turbolenza ridotta, flusso di fluidi, riduzione d’ordine dei modelli, analisi non lineare
