1/28La Guerra del Fuoco; 30/10/20031 Dalla Libanomanzia ai Modelli ab-Initio Leonardo Castellano.

1/28 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003 1

Dalla Libanomanzia ai Modelli ab-Initio • Leonardo Castellano


Libanomanzia

• Arte Divinatoria Basata sulla Interpretazione dei Fumi dell’Incenso. (Antica Babilonia, 2000-1600 A.C.)

• Testimonianza dell’Antichità dello Sforzo Umano per la Conoscenza “Fine” delle Tecnologie della Combustione


Vaticinio vs Fumo(per Guerre e Guerrieri; I.L. Finkel, AfO 29-30 )


Vaticino vs Fumo(per gli Affari Comuni; I.L. Finkel, AfO 29-30 )


Caso o “Tecnologia” ?

• Riuscire, con una tabella così, ad indovinare il futuro un numero di volte abbastanza alto da sostenere la credibiltà della “professione” appare difficile

• I sacerdoti Babilonesi erano geniali astronomi e matematici; perché non accreditarli anche di cognizioni empiriche, magari rozze ma sufficienti, su ciò che noi oggi chiamiamo Fluidodinamica, Scambio Termico, Chimica-Fisica etc….etc….?


Caso o “Tecnologia” ?

• Conoscenza profonda dei fatti

• analisi fredda delle forze in gioco

• un po’ di intelligence• un po’ di psicologia• ….e con un po’ di

tecnologia la divinazione è fatta !


….Tecnologie che progredirono nelle carte più segrete di…..

• Vasai e soffiatori di vetro• Forgiatori di spade e armature• Maestri della fusione di statue• Inventori di miscele incendiarie• Maghi• Alchimisti• Pirotecnici, Produttori di fiaccole e candele• ….Fornai e cuochi…..


…Tecnologie concettualmente simili a quelle espresse in…

• Grafici, Nomogrammi, Correlazioni Empiriche e Semiempiriche……..

con cui ancora oggi si progettano, si costruiscono e si eserciscono macchine grandi e complesse come i Generatori di Vapore e i sistemi Turbogas per la produzione di Energia Elettrica


Schema di Generatore di Vapore


Macchina Turbogas


e.g. Regole di Dimensionamento dei Combustori

• Su “sacri-testi” datati 1990 (e.g. Design of Modern Turbine Combustors, A.M. Mellor ed., Academic Press, London, 1990), per il dimensionamento dei combustori, vengono indicate procedure del tipo:


1)

2)

3)

4)


• 4.1)

• 4.2)

• 4.3) etc…etc….

• E per le emissioni; (e.g. Bakken L.E., Skogly L., “Parametric Modeling of Exhaust Gas Emissions from Natural Fired Gas Turbines”, J. Engn. Gas Turbines and Power, 118, 553-560, 1996)


Generatori di Vapore

• dalla “bibbia” Steam. Its Generation and Use, S.C. Stultz & J.B. Kitto (eds.), The Babcock and Wilcox Company, 40th edition, Barberton, Ohio, 1992


Modelli ab-Initio; i.e.

• basati sulle leggi fondamentali della Fisica e della Chimica espresse in forme matematiche ambientate nell’intero ingombro geometrico del sistema di interesse; uniche variabili indipendenti: le coordinate spaziali e il tempo;

• che fanno uso delle stime delle proprietà termofisiche, chimicofisiche e meccaniche dei materiali così come determinate utilizzando le tecniche base della Fisica e della Chimica

• (quanto più possibile) privi di parametri e/o dati di input derivanti da correlazioni sperimentali degli effetti macroscopici di uno o più dei fenomeni di interesse


Perché ?La necessità di acquisire:

• conoscenze di valenza generale; i.e. indipendenti dalle peculiarità costruttive e operative di una data macchina o di una a filiera di macchine;

• conoscenza di precise relazioni causa-effetto;

• conoscenze sulla scala spazio-temporale più vicina possibile a quella su cui i fenomeni di interesse iniziano a manifestarsi in modo sensibile ma ancora condizionabile


Data di nascita ? ~Inizio anni ‘70

• Quasi contemporaneamente alla pubblicazione e alla diffusione del 1° Rapporto del Club di Roma “I Limiti dello Sviluppo” (Limits to Growth)

• Contemporaneamente alla diffusione commerciale di computers con prestazioni adeguate a consentire il passaggio dai primi, fragili metodi di soluzione numerica delle equazioni del moto dei fluidi (Equazioni di Navier-Stokes) nei metodi più robusti, flessibili, completamente 3D, che possono essere considerati alla base degli attuali codici di calcolo industriali


• A.A. Amsden, F.H. Harolw (1970), “The SMAC Method: A Numerical Technique for Calculating Incompressible Fluid Flows”, Los Alamos Scientific Laboratory, LA-4370

• Hirt C.W., Cook J.L. (1972), “Calculating Three-Dimensional Flows around Structures and over Rough Terrain”, Journal of Computational Physics, 10, pp. 324-340

• Patankar S.V., Spalding D.B. (1972), “A Calculation Procedure for Heat and Mass Transfer in Three-Dimensional Parabolic Flows”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 15, pp. 1787-1806


...e dopo quasi un quarto di secolo di lavoro duro ma appassionante; pieno anche di lunghe fasi di delusione e scoramento, ma in ogni momento affascinante….


Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (vedere animazione)


Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (Spicchio)


Confronto del Rilascio di Caloretra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas


Confronto della Concentrazione di O2 tra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas


…ma l’avventura non è finita…

• Sono enormi e utilissimi, progressi, ma oggi viviamo la n-sima fase di “insoddisfazione metodica”

• Strumenti e metodi di visualizzazione delle fiamme, sempre più raffinati, ci rivelano aspetti che riusciamo anche, almeno in parte,


….quasi un paradosso: oggi diciamo aimodelli più di quanto i modelli riescano

a dire a noi….

• a decifrare, descrivere e trasferire nei modelli…..ma i codici di calcolo non sono ancora in grado di restituirci la “Road-Map” esatta lungo la quale si forma la realtà che rileviamo nei sistemi di taglia industriale


Lo stato dell’arte si può riassumere così….


…..risultato deludente ? NO !


FINE

• Questi modelli hanno dato un grande contributo alla “conoscenza del fuoco” e sono in grado di dire ancora cose importanti

• Nella scienza non è mai utile esaltarsi; le spinte al meglio sono le stagioni “del nostro scontento”

• Vie per nuovi e più potenti approcci ab-Initio cominciano timidamente a delinearsi su un orizzonte che oggi appare più vicino alla maturazione delle nuove generazioni di studiosi che al tramonto di noi “anziani”

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