Dalla Libanomanzia ai Modelli ab-Initio

1. Dalla Libanomanzia ai Modelli ab-Initio • Leonardo Castellano La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

2. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

3. Vaticinio vs Fumo(per Guerre e Guerrieri; I.L. Finkel, AfO 29-30 ) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

4. Vaticino vs Fumo(per gli Affari Comuni; I.L. Finkel, AfO 29-30 ) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

5. 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….? La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

6. 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 ! La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

7. ….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….. La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

8. …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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

9. Schema di Generatore di Vapore La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

10. Macchina Turbogas La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

11. 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: La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

12. 1) 2) 3) 4) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

13. 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) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

14. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

15. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

16. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

17. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

18. 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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

19. ...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…. La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

20. Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (vedere animazione) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

21. Simulazione di un Combustore per TurbogasCampo di Moto e Temperatura (Spicchio) La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

22. Confronto del Rilascio di Caloretra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

23. Confronto della Concentrazione di O2 tra due Simulazioni di un Combustore per Turbogas La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

24. …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, La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

25. ….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 La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

26. Lo stato dell’arte si può riassumere così…. La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

27. …..risultato deludente ? NO ! La Guerra del Fuoco; 30/10/2003

28. 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” La Guerra del Fuoco; 30/10/2003