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Le attività di tutti i giorni sono spesso considerate semplici, ripetitive, quasi banali. Eppure, molte di esse coinvolgono fenomeni fisici e chimici estremamente complessi.
Grazie agli strumenti CAE, è possibile analizzare, comprendere e ottimizzare questi fenomeni con un livello di dettaglio altrimenti inaccessibile.
In questo articolo, esploriamo alcune attività domestiche comuni attraverso il punto di vista dell’ingegneria di simulazione. Ogni paragrafo è accompagnato da un video tecnico che ne illustra le potenzialità applicative.
Taglio dell’erba: simulazione DEM senza mesh
Modellazione del comportamento delle fibre vegetali
Il taglio dell’erba può essere analizzato utilizzando il metodo DEM, una tecnica numerica che rappresenta l’interazione tra elementi discreti, in questo caso fibre d’erba.
Le fibre sono modellate come particelle collegate, dotate di proprietà meccaniche flessibili, capaci di rompersi sotto sollecitazione. Il modello prevede anche meccanismi di smorzamento per evitare instabilità numeriche.
Una tecnologia adatta allo studio della distribuzione del materiale tagliato, dell’efficienza del sistema di raccolta, e persino della coppia di taglio richiesta.
Trasferimento di calore: cucinare con la simulazione CHT
Scambio termico tra fluidi e solidi
La preparazione dei cibi coinvolge meccanismi di conduzione, convezione e in alcuni casi anche irraggiamento.
La modellazione Conjugate Heat Transfer permette di simulare con precisione la distribuzione della temperatura tra la superficie della padella e il cibo in cottura.
Questo approccio è cruciale per ottimizzare processi termici, ridurre sprechi energetici e migliorare la qualità dei prodotti finali.
Fluidodinamica multifase: il caso del rubinetto
Simulazione VOF per sistemi aria-acqua
Il funzionamento di un rubinetto è governato da fenomeni multifase. Grazie al metodo Volume of Fluid, è possibile simulare l’interazione tra aria e acqua all’interno del miscelatore.
Tecniche avanzate come il refinement adattivo della mesh e il controllo automatico del passo temporale permettono simulazioni stabili, veloci ed estremamente dettagliate.
Pulizia automatizzata: lavastoviglie e multifase ibrido
Gestione dinamica di liquidi e gocce
La lavastoviglie rappresenta un ambiente multifisico in cui coesistono spruzzi d’acqua, vapore, film liquidi e superfici bagnate.
Una simulazione multimodello può combinare:
- VOF per grandi volumi di liquido,
- Fluid Film per superfici sottili,
- Approccio Lagrangiano per le gocce in volo.
Con l’ausilio dell’adaptive mesh refinement, è possibile concentrare il dettaglio solo dove serve, ottimizzando tempo e risorse computazionali.
Igiene orale: erosione e contatto
Modellazione DEM applicata allo spazzolamento
Anche uno spazzolino da denti può essere oggetto di simulazione.
Utilizzando un modello DEM con fibre flessibili, si possono analizzare le forze di contatto, l’erosione delle superfici, e l’efficacia della rimozione meccanica dei residui.
Un esempio concreto di come la simulazione possa contribuire allo sviluppo di dispositivi di uso quotidiano più performanti.
Aspirazione e separazione: interazione fluido-particella
Pulizia simulata con accoppiamento fluido-solido
L’aspirapolvere è un ottimo esempio di sistema in cui forze aerodinamiche e particelle solide interagiscono.
La simulazione DEM con accoppiamento completo con il flusso d’aria consente di analizzare come le particelle vengono trascinate, separate e accumulate nel contenitore.
È possibile valutare la resa del sistema in presenza di polveri fini, oggetti ingombranti o materiali fibrosi.
Asciugatura dei tessuti: dinamica degli agglomerati
Simulare l’interazione tra tessuti in movimento
L’asciugatura meccanica comporta interazioni complesse tra tessuti, aria calda e umidità residua.
Un modello DEM evoluto con funzioni di agglomerazione definite dall’utente permette di osservare la formazione e la disgregazione dei nodi di tessuto, l’effetto delle collisioni e lo spostamento dell’umidità.
Un valido supporto per migliorare cicli di asciugatura industriali e domestici.
