Massimo Rundo Politecnico di Torino Dipartimento Energia Fluid Power Research Laboratory

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2 Politecnico di Torino Dipartimento Energia Macchine a fluido Laboratorio di Oleodinamica Didattica - 1 corso di Oleodinamica in Italia (1979) - Dal 2013, 2 corsi in inglese alla laurea magistrale - Più di 100 tesi di laurea Ricerca Chi siamo (1 di 16) - Circa 100 pubblicazioni scientifiche - Sviluppo di modelli di simulazione di pompe oleodinamiche

3 Scopo della simulazione (2 di 16) Prevedere a calcolatore le prestazioni del componente In fase di sviluppo, riduzione del numero di prototipi e di prove sperimentali Ottimizzazione del comportamento (incremento rendimento) Risoluzione di eventuali anomalie riscontrate Pistoni Palette Ingranaggi Camere a volume variabile

4 Modelli di simulazione (3 di 16) A PARAMETRI CONCENTRATI Le grandezze fisiche in ogni volume sono uniformi con geometria: parametrica CAD Co-simulazione, simulazione accoppiata A PARAMETRI DISTRIBUITI (CFD)

5 Modello a parametri concentrati (4 di 16) Identificazione dei volumi di controllo (ad es. uno per ogni camera a volume variabile) camere variabili Pompa gerotor Sezioni di efflusso N camere variabili J+1 Sezioni di efflusso Circuito idraulico equivalente J Necessità di valutare le grandezze geometriche Volume di aspirazione Fughe interne drenaggio Volume di mandata

6 Determinazione delle grandezze geometriche (5 di 16) Profilo della distribuzione Luce di mandata Profilo camera Sezioni di passaggio Volume della camera e sua derivata angolare Sezioni di passaggio In funzione dell angolo alfa Luce di aspirazione Note le equazioni di profili e distribuzione si possono ottenere delle relazioni analitiche

7 Modello parametrico o CAD? (6 di 16) Vantaggi del metodo analitico: Soluzione esatta massima accuratezza Adatto per studi di sensibilità ai parametri geometrici Svantaggi / limitazioni: Elevato tempo di sviluppo del modello Valido solo per geometrie predeterminate, poco adatto per: Geometrie complesse della piastra di distribuzione Profili dei rotori non convenzionali

8 Metodo CAD (7 di 16) Si parte dal modello CAD 3D della macchina da simulare 1. Manuale: per ogni posizione dell albero impostata a mano si misurano le grandezze di interesse 2. Automatico: una procedura esegue l operazione autonomamente per un ciclo completo della camera, generando un file Estrazione delle grandezze geometriche dalla camera

9 Esempio di modello ambiente Amesim (8 di 16) Parametri Linea di mandata Linea di aspirazione Carico fughe La pompa viene costruita assemblando componenti elementari a cui sono associati dei codici in linguaggio C che descrivono il modello matematico

10 Alcuni esempi di risultati validati (1) (9 di 16) Pompa a palette a cilindrata variabile Caratteristica portata-pressione Cilindrata massima curva simulata valori sperimentali Intervento del limitatore di pressione Tempi di calcolo: minuti

11 Alcuni esempi di risultati validati (2) (10 di 16) Pompa ad ingranaggi a lunetta Oscillazione di pressione alla mandata Tempi di calcolo: minuti

12 Necessità della cosimulazione (11 di 16) Anello flottante Esempio: Si vuole determinare la conseguenza del distacco delle palette dallo statore Problema: Interazione tra tutte le palette e l anello flottante Soluzione: Cosimulazione tra un software multibody (calcolo contatti 3D) e uno fluidodinamico

13 Struttura della cosimulazione (12 di 16) Ogni software risolve il proprio sistema di equazioni Solutore software fluidodinamico (master) Interfaccia grafica Forze sulle palette a intervalli fissi si scambiano le variabili Posizione delle palette e degli anelli Solutore software multibody (slave) Nella simulazione accoppiata il software master risolve anche le equazioni dello slave Tempi di calcolo: ore

14 Simulazione CFD ambiente PumpLinx (13 di 16) Il volume di fluido viene discretizzato in una moltitudine di celle elementari (mesh) Mesh con circa celle P T Ad ogni cella si applicano le equazioni Porzione serbatoio Dettaglio camera

15 Campo di pressione cavitazione (14 di 16) Pressione Volume di vapore P T picco di pressione Colore blu = liquido

16 Curva di riempimento (15 di 16) Stima della velocità limite per cui si ha completo riempimento delle camere Senza diaframmi Con diaframmi Curve continue: sperimentali Tempi di calcolo: giorni

17 Conclusioni (16 di 16) Modellazione a parametri concentrati: Adatta per la maggior parte delle analisi richiede una taratura su prove sperimentali o in alternativa su un modello CFD Cosimulazione: Nel caso in cui è l interazione tra fluidodinamica e meccanica non è trascurabile altrimenti è conveniente eseguire simulazioni indipendenti CFD: Indispensabile per studiare alcuni fenomeni (incompleto riempimento delle camere, cavitazione) poco adatto a studio parametrico (tempi calcolo molto elevati)

18 Fluid Power Research Laboratory

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