Dalla Libanomanzia ai Modelli
ab-Initio
• Leonardo Castellano
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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
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Vaticinio vs Fumo
(per Guerre e Guerrieri; I.L. Finkel, AfO 29-30 )
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Vaticino vs Fumo
(per gli Affari Comuni; I.L. Finkel, AfO 29-30 )
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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, ChimicaFisica etc….etc….?
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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 !
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….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…..
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…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
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Schema di Generatore di Vapore
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Macchina Turbogas
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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:
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1)
2)
3)
4)
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• 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)
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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
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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
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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
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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
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• 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 ThreeDimensional 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 ThreeDimensional Parabolic Flows”, International Journal of
Heat and Mass Transfer, 15, pp. 1787-1806
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...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….
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Simulazione di un Combustore per Turbogas
Campo di Moto e Temperatura (vedere animazione)
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Simulazione di un Combustore per Turbogas
Campo di Moto e Temperatura (Spicchio)
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Confronto del Rilascio di Calore
tra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas
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Confronto della Concentrazione di O2 tra due
Simulazioni di un Combustore per Turbogas
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…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,
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• a decifrare, descrivere
e trasferire nei
modelli…..ma i codici
di calcolo non sono
ancora in grado di
restituirci la “RoadMap” esatta lungo la
quale si forma la realtà
che rileviamo nei
sistemi di taglia
industriale
….quasi un paradosso: oggi diciamo ai
modelli più di quanto i modelli riescano
a dire a noi….
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Lo stato dell’arte si può
riassumere così….
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…..risultato deludente ? NO !
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• 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”
FINE
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