Giovanna FERRARI | Projects

CONFRONTO MODELLISTICO-SPERIMENTALE SULLA MECCANICA DI SISTEMI PARTICELLARI

La sperimentazione sarà condotta utilizzando, un reometro per polveri aerate particolarmente sensibile, in grado di misurare momenti torcenti necessari alla rotazione di impeller, sia a pale dritte che di cilindri. Il reometro è in grado di rilevare con continuità il momento torcente necessario alla rotazione di impeller tra il limite superiore, proprio di sistemi granulari sottoposti alla sola gravità, ed il limite inferiore, proprio di sistemi granulari soggetti a condizione di fluidizzazione. Nella ricerca oggetto di questo progetto saranno verificate solo le condizioni operative al di sotto della minima fluidizzazione. Per la modellazione, invece, si utilizzeranno software commerciali per la modellazione agli elementi discreti (DEM). L’onere di calcolo di questi software rende di fatto possibile la modellazione di sistemi particellari contenenti particelle dell’ordine del millimetro con volume dell’ordine di 0.1 L. Per questo motivo ai fini della validazione del modello,saranno condotte prove dedicate con materiali modello come, ad esempio sferette di vetro comprese tra 1 e 4 mm. Per la validazione del DEM alla meccanica dei sistemi granulari la rappresentazione ed delle forze interparticellari e i valori dei parametri che sono coinvolti nelle equazioni di modello rappresentano i principali parametri che determinano l’affidabilità del modello e la sua effettiva rispondenza alla fisica dei sistemi. Tuttavia, poiché le particelle reali raramente sono sferiche, i parametri delle diverse componenti delle forze di interazione sono solo indirettamente legati alle proprietà meccaniche del materiale delle particelle, in quanto includono anche gli effetti della irregolarità della forma delle particelle suo punti di contatto. L’impossibilità di determinare i valori dei parametri delle equazioni modello per il contatto, di fatto rende questi modelli non predittivi e utilizzabili solo a valle di una procedura di calibrazione. L’idea di utilizzare dei solidi modello costituiti da sfere è quella di poter far coincider il contatto tra particelle a quello tra sfere e, quindi, di poter ridurre al minimo i parametri aggiustabili nel modello. Per quanto semplice sia la geometria del reometro l’applicazione del modello consentirà di verificare un certo numero di ipotesi che sono necessarie per comprendere la meccanica di questi sistemi: 1) Condizione di frizione alla parete. Per semplicità nell’approccio continuo, spesso si ipotizza che il materiale alla parete sia in condizione di incipiente scorrimento. Questa ipotesi consente di correlare lo sforzo normale alla parete con lo sforzo di taglio attraverso il coefficiente di frizione di parete. Non è detto, tuttavia che questa ipotesi sia sempre ed ovunque verificata all’interno del contenitore 2) Stato attivo o passivo degli sforzi. Per spiegare la distribuzione degli sforzi all’interno di un reometro per polveri spesso è necessario ipotizzare uni stato tensionale passivo almeno all’altezza dell’impeller se non per tutto il volume. 3) Forma ed estensione della superficie di shear dell’impeller. Per correlare il momento torcente di un impeller in rotazione con le propeiretà di flusso della polvere, è necessario ipotizzare una superficie di scorrimento interno del materiale che separa il materiale in movimento con l’impeller da quello non interessato dalla rotazione dell’impeller. Per verificare tutte le ipotesi sopra riportate sarà necessario estrarre dai risultati dei calcoli DEM i dati delle forze interparticellari e degli spostamenti delle particelle in determinate zone del sistema e convertire questi dati, rispettivamente in sforzi ed in profili di scorrimento. Questo potrà essere fatto selezionando solo le particelle che nel tempo occupano specifiche posizioni, e valutando i valori mediati localmente nel tempo, di modo da ricostruire dei profili di sforzo e di velocità da confrontare con quelli ipotizzati.