Per supportare le attività di ricerca e didattiche il gruppo si avvale di diversi strumenti di simulazione, sia commerciali sia sviluppati internamente.
Strumenti di simulazione sviluppati internamente:
- MCFC-D3S© (MCFC Dynamic and Steady State Simulation): modello dettagliato tridimensionale per pile MCFC sviluppato in Fortran 90 collaborazione con Ansaldo Fuel Cells
- SIMFC: modello dettagliato tridimensionale per pile MCFC sviluppato in Fortran 90, di nuova generazione
- Modelli di specifici processi sviluppati in C++ sulla base della libreria LIBPF (LIBrary for Process Flowsheeting) adatti all’integrazione con modelli di sistema allo stato stazionario:
- LIBPF FC: modello semplificato per pile MCFC, SOFC e pSOFC
- LIBPF BIOMASS: modello stechiometrico della biomassa e della sua pirolisi e devolatilizzazione, adatto alla simulazione termodinamica e cinetica di processi di pirolisi e gassificazione
- LIBPF GASMEM: modelli a parametri concentrati ed a parametri distribuiti di membrane per la separazione di gas
Gli strumenti sviluppati dal gruppo sono disponibili su richiesta per applicazioni accademiche o industriali.
Strumenti di simulazione commerciali utilizzati:
- Aspen Custom Modeler, Aspen Dynamic ed Aspen Plus di Aspen Technology
- COMSOL Multiphysics di COMSOL Group
- OLGA CO2 di SPT Group
Fra i vari approcci di simulazione analizzati dal PERT, la fluidodinamica computazionale (CFD) è in grado di fornire una descrizione molto dettagliata del comportamento di un’apparecchiatura. Essa si basa sulla risoluzione numerica delle equazioni di bilancio locale di massa, energia e quantità di moto. Il programma principalmente utilizzato per queste simulazioni è Ansys Fluent.
La simulazione CFD ha riguardato in larga misura i reattori a getto (o spouted bed reactor), dei quali si è analizzato nel dettaglio il comportamento fluidodinamico a seconda delle proprietà delle particelle contenute. Per la simulazione della fase solida, sono stati studiati entrambi gli approcci comunemente utilizzati:
• L’approccio Euleriano-Euleriano (o Two Fluid Method), che considera le fasi gassosa e solida come continui ed è basato sulla kinetic theory of granular flow. Questo approccio è meno complesso da un punto di vista computazionale, ma meno preciso e fornisce meno dettagli.
• L’approccio Euleriano-Lagrangiano (o Discrete Element Method), che considera la fase solida costituita da particelle discrete, e predice il loro comportamento risolvendo le equazioni di Newton. Questo approccio è più preciso e dettagliato, ma è in grado di fornire risultati in tempi utili se le particelle sono in un numero inferiore o pari a 105.
Simulazioni CFD sono anche state lo strumento per indagare il trasporto di calore in tessuti biologici, ai fini di analizzare innovative tecniche medico-criogeniche.
