Località Piacenza Doc. n. R 4.1/4 CONSORZIO LEAP Laboratorio Energia Ambiente Piacenza Progetto ECATE Rev 0. Progetto E.C.A.T.E. Efficienza e Compatibilità Ambientale delle Tecnologie Energetiche > REALIZZAZIONE DELLA VERSIONE PRELIMINARE DEL SOFTWARE NOTA : IL PRESENTE DOCUMENTO E EMESSO IN REVISIONE 0, IN PRIMA EMISSIONE. ESSO PUO ESSERE SOGGETTO A FUTURE REVISIONI 0 Prima emissione Ing. Vigano Prof. Chiesa Ottobre 07 REV DESCRIZIONE ELABOR VERIFICATO APPROVATO DATA
LEAP / Relazione del mese 18 Sottoprogetto 4 TECNOLOGIE PER UTILIZZO COMBUSTIBILI FOSSILI E CATTURA CO2 Obiettivo Realizzativo 4.1 SVILUPPO SOFTWARE PER CALCOLO IMPIANTI DI POTENZA Risultato R4.1/4 RAPPORTO SULLE ATTIVITÀ SVOLTE NEL SEMESTRE A cura di: Paolo Chiesa, Massimo Fontanive, Federico Viganò 1
L OR 4.1 consiste nella messa a punto di un software destinato alla simulazione del bilancio termico di impianti energetici complessi. In particolare l attività punta ad affinare l affidabilità e l accuratezza di calcolo di alcuni pacchetti software sviluppati nel corso degli ultimi 15 anni presso il Dipartimento di Energetica del Politecnico di Milano, rendendo nel contempo più facile e intuitivo il loro utilizzo così da estenderne le possibilità di impiego anche a utenti non particolarmente esperti. Questo obiettivo viene raggiunto attraverso un interfaccia grafica (front-end) che consente l introduzione dei dati di input e il loro trasferimento al codice solutore (back-end) tramite un file dati. Le principali attività svolte all interno di questo O.R. possono raggrupparsi in due filoni: Sviluppo dell interfaccia grafica, che è in carico al gruppo di lavoro composto da M. Fontanive, A. Matti. Aggiornamento dei modelli di calcolo interni al codice solutore, che è stato in carico al gruppo di lavoro composto da P. Chiesa, F. Viganò, M. Romano, E. Martelli. Le attività effettuate nel semestre in corso hanno mirato principalmente a predisporre una versione preliminare del software allo scopo di mettere in luce e consentire di risolvere tutti i problemi legati allo scambio dati fra front-end e back-end. In particolare è stato definito un protocollo di scambio dei dati per tutte le sezioni del file di input: Impostazioni iniziali Proprietà delle specie atomiche Proprietà termofisiche delle specie molecolari Specifiche componenti Assegnazione dello stato termodinamico della soluzione di primo tentativo Variabili di convergenza Il lavoro si è rivelato particolarmente laborioso soprattutto per quanto concerne la definizione delle proprietà di specie atomiche e molecolari, in quanto si è voluta dare la possibilità di trattare le specie chimiche considerate in maniera molto più flessibile e rigorosa di quanto il codice facesse in precedenza. Sono state quindi definite le seguenti regole per: l assegnazione delle specie chimiche dell ambiente di riferimento, l assegnazione delle specie chimiche dello stato morto per la valutazione dell analisi di secondo principio, l assegnazione delle specie chimiche di combustione completa, l individuazione delle specie atomiche che compongono le specie chimiche considerate. Tali regole devono inoltre essere congruenti con i vincoli, principalmente concernenti il numero e la tipologia delle fasi, imposti dall utilizzo delle routine (Stanjan) impiegate per il calcolo delle proprietà termodinamiche. Questa parte è stata portata a termine e sono state completate e testate le relative finestre che consentono di inserire i dati di input riguardanti le proprietà delle specie chimiche considerate dal sistema. Le fig. 1.1 e 1.2 mostrano alcune funzionalità legate alla descrizione di tali proprietà. Ad esempio la schermata Chemical Species configuration consente di visualizzare ed eventualmente modificare l elenco dei parametri utilizzati per il calcolo delle varie specie chimiche. Con l applicativo verrà fornito un set di specie chimiche preconfigurato che potrà comunque essere eventualmente aggiornato dall utente. La funzione Chemical species selection consente invece di selezionare le specie chimiche in uso per il diagramma attivo, consentendo di semplificare le operazioni di input/output. Si noti in figura 1.2 il numero progressivo delle fasi per i diversi componenti specificati. 2
Figura 1.1 Figura 1.2 3
Dall altra parte sono proseguite le attività per la costruzione delle finestre per l assegnazione dei dati delle altre sezioni del file di input. Al momento sono state completate le parti relative a: Impostazione dei dati iniziali Assegnazione dello stato termodinamico della soluzione di primo tentativo Variabili di convergenza È inoltre stato realizzato il data base di conversione delle unità di misura e implementate le relative funzioni di calcolo. Per quanto concerne invece la maschera principale del front-end, quella che consente di assegnare lo schema di impianto, non sono stati effettuati significativi progressi rispetto alla precedente milestone, nel senso che risulta possibile assegnare i diversi componenti e collegarli fra loro mediante flussi materiali ma al momento non è ancora possibile variarne le dimensioni e ruotarne la posizione. Per le finestre di specifica dei componenti, sono stati creati i data base per l assegnazione delle specifiche dei componenti e sono state sviluppate e testate le finestre per 3 differenti componenti (pompa, miscelatore e saturatore). Relativamente alle attività di sviluppo del codice solutore, le attività effettuate nel semestre in corso hanno risentito del fatto che una parte considerevole del team di lavoro (F. Viganò, M. Romano, E. Martelli) ha trascorso un periodo di studio presso università e centri di ricerca stranieri, comportando perciò qualche ritardo nel conseguimento degli obiettivi prefissati. In particolare il lavoro svolto ha consentito di approntare una versione intermedia del codice solutore che consente di importare il file di input dal front-end e risolvere lo schema. Tale versione intermedia verrà utilizzata per effettuare i test di comunicazione e scambio dati fra le due parti del software. Non sono invece stati segnati significativi progressi l attività di revisione delle caratteristiche strutturali e funzionali del codice solutore ancora in corso: aggiornamento delle routines per il calcolo delle proprietà termodinamiche e degli equilibri termodinamici di miscele multifase e multicomponente (implementazione della versione 4.01 delle routines Stanjan). aggiornamento dei criteri di calcolo di un compressore assiale multistadio passando da una modalità 0-D (determinazione del rendimento in base a parametri caratteristici dell intera macchina) a una modalità 1-D, in cui viene effettuato un dimensionamento di massima della macchina, individuando i triangoli delle velocità al diametro medio e valutando l intera compressione attraverso la determinazione dei rendimenti stadio per stadio. modifica della modalità di risoluzione del sistema di equazioni necessario a definire le prestazioni di caldaie a recupero, con l introduzione di un algoritmo ibrido di Powell modificato con approssimazione alle differenza finite dello Jacobiano in modo da ridurre i tempi di calcolo rispetto al metodo iterativo precedentemente implementato. 4