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Prof. A. Soldati, Dott. C. Marchioli, Dott.ssa S. Dearing * Venerdi 30 Gennaio 2009 Caratterizzazione del particolato e della sua dinamica: formazione,

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1 Prof. A. Soldati, Dott. C. Marchioli, Dott.ssa S. Dearing * Venerdi 30 Gennaio 2009 Caratterizzazione del particolato e della sua dinamica: formazione, trasporto e abbattimento Caratterizzazione e abbattimento di inquinanti e analisi del rischio nei processi di lavorazione del legno *Dipartimento di Energetica e Macchine & Centro Interdipartimentale di Fluidodinamica e Idraulica, Università di Udine

2 Particelle/gocce nel settore del legno … Utilizzo di impregnanti a base di resine Trasporto/essicazione fibre di legno Rivestimenti superficiali La dinamica delle particelle/gocce controlla lefficienza di molti processi fondamentali per il settore legno:

3 Particelle/gocce nel settore del legno … Emissioni a camino Presenza di particelle sul posto di lavoro Dal punto di vista ambientale la presenza di particelle crea un rischio alla salute. Esistono vincoli legislativi per ridurre: Sistemi di abbattimento polveri

4 Obiettivi Acquisire/utilizzare conoscenza fondamentale su meccanismi di formazione e accrescimento meccanismi di trasporto meccanismi di deposizione su superfici solide per migliorare lefficienza dei processi Acquisire dati sperimentali per: Calibrare modelli predittivi Validare i modelli numerici Studiare in modo sistematico problemi applicativi

5 Attività in progress Attività sperimentale: 1. Getto bi-fase (aria/particelle) - studio dellinterazione tra particelle e fluido 2.Spray – analisi della formazione di spray, identificazione dei parametri utili a controllare lefficienza del processo 3.Trasporto pneumatico di fibre – studio delleffetto della dimensione delle fibre sul trasporto (perdite di carico e distribuzione preferenziale di fibre) e sulla deposizione. Attività numerica: 1. Trasporto di fibre in flusso - studio della distribuzione preferenziale e della deposizione 2.Studio di deposizioni di polveri sottili nei polmoni

6 1. Getto bi-fase (aria/particelle) Flow Visualisation di un getto reale (fluido solo) Distribuzione di particelle - risultati DNS (particelle solo)* La distribuzione/concentrazione di particelle dipende da: Dimensione di particelle Velocità tra particelle e fluido (slip velocity) Geometria dell getto (le strutture del fluido) Obiettivo: Caratterizzare il flusso e la concentrazione locale di particelle Identificare le condizioni per cui controllando il flusso si può controllare la concentrazione Struttura di fluido

7 1. Getto bi-fase (aria/particelle) Limpianto : 2.Ventilatore 1.Generatore di fumo 3. Alimentatore di particelle 1 2 Aria Secondaria Aria/Particell e /Fumo Altoparltante Aria/Particell e /Fumo Al filtro Getto daria e particelle

8 1. Getto bi-fase (aria/particelle) Flow Visualisation di un getto reale (fluido solo) Le misurazioni: Immagine dei due fasi Particelle dispersa Collezioni immagini Particelle traccianti di fluido Analisi PIV per fluidoAnalisi PTV per particelle

9 Caratterizzazione del getto bifase attraverso misure PIV/PTV: velocità della fase dispersa (particelle) e del fluido concentrazione delle particelle Acquisizione di Stereo PIV – 3D per: studio approfondito della dispersione preferenziale delle particelle – in particolare in direzione radiale valutare leffetto della geometria dellugello e delle condizioni di sbocco (flusso confinato/non confinato) sul trasporto/deposizione particelle) Risultati attesi

10 2. Spray Elevata dispersione di gocce (over-spray ) spreco di materiale possibili problemi di emissione e deterioramento delle prestazioni. Obiettivi: Distribuzione granulometrica Profilo di concentrazione dello spray Caratteristiche del getto comportamento della fase dispersa. Esempio di Spray generato dallatomizzazione di liquido

11 2. Spray: esperimento progettato Studio applicativo per : analizzare meccanismo di formazione dello spray valutare lefficienza dello spray misurando Concentrazione Distribuzione dimensionale Velocità delle gocce e del fluido portante

12 2. Spray: possibili metodologie di analisi Sono stati individuati diversi tipi di tecniche per la misurazione granulometrica, tra cui: Laser-Diffraction strumento SPRAYTEC di Malvern Interferometric Particle Imaging IPI Global Sizing Velocimetry di TSI Phase Doppler Anemometry PDA PDA HiDense Spray di Dantec

13 Laser Diffraction Laser diffraction sfrutta linterazione tra la luce di laser e la discontinuità di mezzo (le particelle Questi cerchi, linsieme noto come un AIRY DISK, ci danno informazioni sulla distribuzione granulometrica in un volume – non a punti individuali di un piano (come per esempio IPI) Questa interazione crea linsieme di fenomeni ottici noto come (SCATTERING) La luce delllaser sparsa dalle particelle viene raccolto da dei detector che misura i cerchi di massima e minima intensità. Particelle devono essere sferiche

14 Interferometric Particle Imaging (IPI) Tecnica molto simile alla PIV ( stessi componenti ) Le differenze: angolo tra la fotocamera e il laser-sheet (non perpendiculare), limmagine non viene presa in fuoco ma fuori foco

15 Interferometric Particle Imaging (IPI) Formazione delle frange interferometriche Il numero di frange è proporzionale al diametro della particella Particelle devono essere sferiche e trasparenti

16 IPI Risultati: Le frange sono state sostituite da cerchi di dimensionie rappresentivia della loro taglia Red Red = Frame 1 Yellow Yellow = Frame 2

17 2.Spray: caratterizzazione granulometrica Risultati: Measured Diameter Histograms

18 Quale scegliere? SPRAYTECIPI Velocità Concentrazione Diametro Flussi densi

19 3. Trasporto pneumatico di fibre Obiettivi: valutare distribuzione preferenziale di fibre all'interno del flusso valutare effetto della dimensione delle fibre su trasporto (perdite di carico) e la deposizione Figura 1 Figura 2

20 3.Trasporto pneumatico di fibre: il circuito Impianto di test: circuito bi-fase (Laboratorio di Fluidodinamica Multifase) Work in progress: pulizia dellimpianto (per assicurare condizioni di funzionamento stabile per la durata dei test) sostituzione del separatore esistente e introduzione di un tratto di tubazione trasparente per avere accesso ottico al flusso e realizzare le misurazioni.

21 3. Trasporto pneumatico di fibre Metodologia e Risultati attesi: La tecnica di misurazione sarà messa a punto sul primo impianto Esperimenti preliminari con fibre in acqua Modifiche di impianto per caratterizzare il trasporto di fibre in flusso daria (condizione reale di processo) Confronto con risultati di Direct Numerical Simulation (DNS )

22 3. Trasporto pneumatico di fibre Configurazione studiata: Flusso di aria in canale Fibre di diversa lunghezza, diversa densità relativa e diversa inerzia

23 3. Trasporto pneumatico di fibre (DNS) Distribuzione istantanea delle fibre nel flusso: non è omogenea non dipende dalla lunghezza delle fibre (con flusso diluito) Vista Frontale

24 Al centro del canale distribuzione è random Le fibre si accumulano alla parete 3. Trasporto pneumatico di fibre (DNS) Vista laterale

25 Studio di deposizioni di polveri sottili nei polmoni Modello di deposizione Lobiettivo è capire, in base della dimesione, dove si depositano le polveri e in che quantità La dinamica delle polveri in trachea è modellata come un flusso bi-fase perché è governato dalle stesse equazioni di bilancio Modello predittivo – tipo gerarchico Per quantificare la probabilità delle polveri ( in base di dimensione) nei vari tratti delle vie respiratorie.

26 Studio di deposizioni di polveri sottili nei polmoni Modello delle vie aeree Deposizione tratto C Diametro polveri

27 Fine Grazie

28 Al centro del canale distribuzione è random Le fibre si accumulano alla parete 3. Trasporto pneumatico di fibre (DNS) Vista laterale Centro canaleAlle pareti del canale


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