Analisi dei risultati e considerazion

Le considerazioni svolte sui risultati ottenuti si sono basate principalmente sul confronto visivo fra fenomeno simulato e quanto registrato in laboratorio attraverso l’uso della telecamera. Si sono differenziate le diverse prove di riempimento intervenendo sui valori di portata in ingresso e pertanto modificando il numero di Reynolds del moto del fluido all’interno del condotto di alimentazione che, come è possibile osservare in Tab.1, si trova in regime di moto turbolento se si considerano tempi di riempimento relativamente bassi.

Avendo posto al centro delle indagini il comportamento del fluido all’ineterno della cavità si è tentato di effettuare alcune considerazioni preliminari in merito al regime di moto durante la fase riempimento del volume cilindrico.

Nel caso in esame, la presenza di sezioni massive e in più variabili con l’altezza, impedisce di ricondurre le analisi a noti regimi di moto all’interno di canali, rendendo quindi poco significativa anche l’eventuale stima del numero di Reynolds mediante l’impiego di una grandezza caratteristica come il diametro equivalente.

In regimi di moto come quello osservato risulta pertanto difficile, se non impossibile, definire condizioni locali di flusso laminare o turbolento. Ciò che è

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ragionevole aspettarsi è l’insorgenza di fenomeni di turbolenza lungo le pareti e condizioni di flusso più stabili nelle zone centrali della sezione.

Alla luce di queste considerazioni, si è scelto di affrontare la campagna di sperimentazione numerica facendo rientrare nell’analisi anche l’impiego del modello k-ε, unico modello per la turbolenza implementato dal codice.

Questa scelta operativa non ha comunque portato a scostamenti dagli obiettivi iniziali dell’indagine che non è stata rivolta a studiare fenomeni fluidodinamici locali, ma ha puntato prevalentemente a trovare riscontri su due aspetti del fenomeno di principale interesse per la ricerca:

- la valutazione delle dinamiche globali di riempimento in base all’altezza raggiunta dal pelo libero nei tempo

- la corretta previsione della morfologia del fronte di avanzamento del fluido

Le prove sperimentali sono state quindi condotte secondo la modalità seguente: A- riempimento a valvola completamente aperta (portata = 0.044 l/s ; Re =

9357; Funzione di calcolo delle equazioni di regime turbolento attiva) B- riempimento a valvola completamente aperta (portata = 0.044 l/s ; Re =

9357; Funzione di calcolo delle equazioni di regime turbolento disattivata)

C- riempimento a valvola parzialmente chiusa (portata = 0.021 l/s; Re = 4191; Funzione di calcolo delle equazioni di regime turbolento attiva) Il confronto operato per sovrapposizione di immagine fra quanto previsto in simulazione e quanto ripreso nello stesso istante di tempo dalla telecamera, ha permesso principalmente valutazioni sul grado di attendibilità dei tempi di riempimento e sul tipo di moto.

In tutte le tre prove analizzate (Prova A – B - C) si osserva principalmente una buona coincidenza del livello raggiunto dal liquido negli istanti di tempo presi in considerazione e pertanto anche una coincidenza quasi esatta del tempo totale di riempimento dello stampo.

Comportamenti differenti si registrano invece nei primi istanti delle prove in osservazione.

Confrontando la Prova A e la Prova B eseguite allo stesso regime di portata ma attivando o meno la funzione di calcolo delle equazioni di regime turbolento si sono potute effettuare considerazioni sull’influenza del modello di turbolenza nella simulazione. Concentrando l’attenzione sui primi istanti del riempimento e nella zona di attacco della vena fluida in caduta con il pelo libero in risalita non sono state riscontrate sostanziali differenze nei risultati numerici.

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Fig. 3.10 Prova A – t=10.12 Fig. 3.11 Prova A – t=30.12

Come è possibile osservare dal confronto tra le Fig.3-8-3.9-3.10 e le Fig. 3.12- 3.13-3.14., limitando le considerazioni a quelli che erano i principali interessi di indagine, ovvero le velocità di risalita del pelo libero e sua morfologia, le due prove a confronto, mostrano un pieno accordo tra di loro.

Procedendo invece a considerazioni in merito a quanto osservato sperimentalmente nella singola prova e la previsione numerica, le uniche differenze che è possibile osservare nelle Fig. 3.8 -3.9 nella Prova A riguardano le dimensioni del filetto fluido in caduta e nella quantità di liquido depositatosi sul fondo dello stampo nei primi 80 s osservati.

Nei primi istanti della Prova B (Fig. 3.12-3.13) si è osservata una differenza più marcata tra fenomeno simulato e fenomeno reale sia nelle dimensioni del filetto fluido, sia nel livello raggiunto dal liquido nello stesso istante.

Se vengono poste a confronto Fig. 3.8 e Fig. 3.12 riferite ai primi 0.80 s di entrambe le prove si riscontra come l’esclusione dal calcolo delle equazioni di

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turbolenza porti a una simulazione differente dei primi istanti del fenomeno. Aumenta infatti il numero di passi temporali (STEP) risolti dal calcolatore per simulare lo stesso intervallo di tempo, e , contemporaneamente, si osserva una sezione inferiore della vena di fluido in entrata. Risultando invariato il valore di portata imposto tra le due prove, la quantità di fluido entrata nello stesso all’istante t=0.8 s è la stessa, ma cambia la sua distribuzione all’interno dello stampo.

La maggiore attendibilità riscontrata dal confronto numerico-sperimentale nelle Fig. 3.8 e Fig. 3.9 riferite ai primi secondi di osservazione della prova A, porta comunque a ritenere migliorativo l’aggiunta del modello di turbolenza nella simulazione.

In conclusione, se si limita il campo di osservazione a valutazioni sui tempi di riempimento totale dello stampo e al livello raggiunto dal fluido nei diversi istanti di tempo è possibile affermare che le soluzioni fornite dalle simulazioni sono invarianti rispetto all’attivazione o meno del modello k-ε.

Fig. 3.12 Prova B - t=0.80 s Fig. 3.13 Prova B – t=1.72 s

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Fig. 3.18 Prova C – t=35.20 s Fig. 3.19 Prova C – t=60 s

3.2 Fase 2- Confronto numerico-sperimentale di riempimenti di stampo in