La fluidodinamica computazionale nell'industria navale

Nell'industria navale, per migliorare il design di un’imbarcazione, massimizzare la velocità di costruzione e minimizzare i costi di sviluppo, il processo ingegneristico deve assicurare la collaborazione tra gli strumenti di simulazione e i dati reali, attraverso l’intero ciclo di sviluppo prodotto.

Le sfide della CFD nella progettazione delle navi

La progettazione di una nave e delle interconnessioni tra i suoi sotto-sistemi è un’impresa complessa e sfidante.  Ai costruttori navali è richiesto di ridurre i costi operativi, soddisfare le regolamentazioni ambientali e implementare nuove tecnologie innovative, senza compromettere la sicurezza.

Uno degli elementi più critici è la turbolenza che si genera attorno alla carena, caratterizzata da uno spesso strato limite, influenzato da gradienti di pressione elevati, vortici e flusso trasversale rilevante. Il margine di miglioramento desiderato è solitamente molto ristretto e necessita di strumenti di elevata precisione in grado di cogliere le piccole differenze tra configurazioni diverse. Un altro fattore critico nella valutazione delle prestazioni di uno scafo, è lo studio del moto ondoso attorno ad esso, per monitorare e valutare le forze generate sulla struttura della carena.

Anche i problemi legati all’agitazione di fluidi all’interno dei serbatoi (in inglese sloshing) sono di elevato interesse e criticità per architetti ed ingegneri navali, a causa del loro impatto sulla sicurezza delle strutture e delle merci. Le dimensioni elevate dei serbatoi aumentano il periodo di sloshing e aumentano l’impatto sul movimento della nave durante le manovre. Tali serbatoi devono inoltre poter resistere a condizioni del mare avverse. Infine, anche la cavitazione in corrispondenza delle eliche è un fenomeno critico in quanto può ridurre drasticamente la propulsione e la coppia.

L'aiuto della fluidodinamica computazionale nel settore marine

La fluidodinamica computazionale offre un ampio spettro di funzionalità nella simulazione ingegneristica che può essere impegnato in modo pervasivo dall’ideazione alla produzione. Uno dei vantaggi principali è la capacità di modellare geometrie molto complesse ed arbitrarie, tipiche degli equipaggiamenti reali.

I software di simulazione fluidodinamica facilitano le aziende del settore marino per creare prodotti e tecnologie più sicure, più efficienti nell’ottica del risparmio energetico e vicine alle tematiche ambientali. Si utilizzano avanzati modelli di turbolenza, particolarmente adatti ai flussi complessi che si sviluppano attorno alla carena delle imbarcazioni. Per modellare i flussi multifase si sfruttano modelli a superficie libera (free surface model) per poter rappresentare le onde oceaniche che impattano sullo scafo, come anche i fenomeni di sloshing all’interno di serbatoi. Altri modelli multifase vengono sfruttati per simulare la cavitazione attorno alle carene o le eliche dei motori.

Ma quali vantaggi si ottengono dalla simulazione CFD? 

L'analisi CFD è uno strumento potente nella progettazione navale capace di predire accuratamente fenomeni molto complessi. La simulazione fornisce agli ingegneri l’abilità di determinare in maniera accurata la prestazione di nuovi design, riducendo la necessità di test sperimentali e la costruzione di prototipi. Questo rende possibile la valutazione di un numero maggiore di configurazioni che porta ad un sostanziale aumento delle prestazioni. In contemporanea, i tempi brevi e i costi limitati delle analisi permettono di ottenere un time-to-market ridotto e costi di sviluppo inferiori. 

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