Simulazione di un gas reale in moto non stazionario: un'applicazione industriale

L’obiettivo di questa tesi è realizzare un modello matematico di un gas in moto turbolento in regime non stazionario, in grado di simulare la fase di scarico di aria compressa da un impianto industriale utilizzato per la produzione di bottiglie in plastica. L’ipotesi preliminare alla base di questo studio è quella di considerare un gas per il quale vale l’equazione di stato di Van der Waals. Il modello matematico realizzato, ci porta ad esprimere l’equazione di bilancio dell’energia mediante un sistema di equazioni differenziali, che descrivono il flusso del gas attraverso un sistema aperto. Si è trovata la soluzione sia mediante tecniche matematiche sia mediante simulazione numerica, con lo scopo di determinare densità, pressione, temperatura e portata del gas in funzione del tempo. Le perdite di carico incontrate dall’aria durante il deflusso (che rappresenta un parametro di input per il modello di simulazione) sono state calcolate per via teorica, permettendo di valutare l’effetto di queste perdite sul tempo di svuotamento. I risultati ottenuti grazie al modello matematico concordano con la durata reale della fase di scarico, valutata sperimentalmente, e le ottimizzazioni proposte consentono di ridurre le perdite di carico e il tempo di deflusso del 35% e 20% rispettivamente.