Come esporre in maniera ottimale i risultati ottenuti
di Francesco Grispo
Qualsiasi analista sa una cosa: puoi aver effettuato la miglior analisi del mondo, ma se non riesci a presentare in maniera chiara ed esaustiva i risultati, è come se non avessi fatto nulla. Ma mentre nella simulazione FEM i risultati sono facilmente interpretabili, nel calcolo CFD questi sono molto più complessi. Il post processing nel calcolo CFD è la vera essenza ed il vero scopo dell’analisi. Riuscire a capire come si sta comportando il flusso è di vitale importanza per prendere le decisioni ottimali.
Il primo step che si può far ricadere nel post processing, anche se non è proprio una valutazione delle grandezze, è la verifica della convergenza. Qualsiasi post processing inizia sempre con questo step ed il motivo è assai semplice:
“Perché dovrei mettermi ad analizzare dei risultati che non sono corretti?”
Un grafico come quello rappresentato in figura rappresenta una simulazione con una convergenza ottimale.
Una volta appurata la convergenza, ossia vedere che i residui sono praticamente trascurabili, si può procedere con l’utilizzo di diversi strumenti.
Ma quali sono gli strumenti che si adoperano?
Tali strumenti possono essere divisi in due grandi famiglie:
- Qualitativi o visivi (che prendono il nome comunemente adoperato nel settore di Color CFD)
- Quantitativi o numerici. Questi sono quelli che si usano per calcolare alcune grandezze o come dati di input per verifiche numeriche (ad esempio il calcolo della portata o della velocità attraverso una sezione).
Strumenti di post processing qualitativi
Di questa famiglia fanno parte tutti quei campi che si applicano direttamente sulla griglia di calcolo e che, tramite una scala colorata, fornisce informazioni su zone ad alto livello e zone a basso livello. Il nome specifico è quello di contour plot, e solitamente si applicano su piani e superfici. Se ad esempio si vuole vedere il campo di velocità del fluido, si dovrà creare un piano e su tale piano si andrà a richiedere il valore della velocità nodo/nodo oppure elemento/elemento. Lo stesso vale per i diversi campi di pressione, temperatura, vorticosità, ecc.
Sempre di questa famiglia fanno parte le linee di flusso o streamline, che forniscono informazioni su come si muovono le diverse particelle di flusso. Il loro utilizzo principale è quello di capire se vi sono con vorticosità stabili e perciò zone di ristagno. Solitamente, nel flusso di un fluido, non si vogliono zone di ristagno, in quanto significa che il fluido sta creando una zona per muoversi meglio e che per tale motivo sta togliendo energia a se stesso, abbassando quindi la sua velocità.
Se le linee di flusso ci forniscono la direzione del flusso, la rappresentazione dei vettori nel campo di fornisce il segno del flusso, e quindi se esso è entrante o uscente in un certo dominio.
Strumenti di post processing quantitativi
Il post processing quantitativo invece è quello che si usa effettivamente per il dimensionamento. Essendo quantitativo, esso fornisce un valore che si può definire esatto e che si inserisce nelle formule relative. Se ad esempio dobbiamo verificare se una conduttura di aria soggetta a flusso supersonico, è necessario calcolare la velocità esatta nella zona di sezione. Per fare questo, i diversi software CFD mettono a disposizione una parte di codice di calcolo per integrare i valori attraverso tale superfice.
Caso di studio
Per poter capire al meglio quanto appena esposto, si procede all’analisi di un caso studio.
Si vuole studiare il flusso, in regime transitorio, in un condotto con un grigliato e si vuole conoscere sia l’andamento qualitativo del flusso, sia la perdita di pressione. Il fluido è aria in condizioni standard mentre la velocità del flusso è pari a 2 m/s. La dimensione caratteristica della sezione del grigliato presente all’interno del condotto è pari a 20cm.
Per effettuare un post processing qualitativo del flusso, si riportano i contour plot del campo di velocità e del campo di pressione totale. In aggiunta si visualizzano le linee di flusso.
Si può notare come il flusso sia sufficientemente regolare e non presenta zone di ristagno.
Quantitativamente parlando, per calcolare la perdita di pressione, si deve calcolare la pressione totale media all’inlet meno la pressione totale media all’outlet.
Dal punto di vista formulistico diventa:
A seconda del software che si utilizza, alcuni sono in grado di fornire già la pressione totale mentre per altri si deve calcolare a mano i diversi coefficienti e poi sommarli.
Nel caso in esame si ha:
Questo valore è la perdita di carico nel caso di flusso che si muove a 2 m/s
Da quanto detto fino ad ora, si comprende pertanto come la fase di post processing non va intesa come una parte scollegata dall’analisi ma anzi è la parte più importante, in quanto è proprio da questa che si è in grado di estrapolare le informazioni necessarie per una corretta progettazione del componente. Se ad esempio si è eseguita un’analisi perfetta ma non si è in grado di esporre al meglio i risultati ottenuti, il risultato è lo stesso del non aver effettuato nessuna analisi.
Di seguito si vuole dare un workflow da seguire per poter effettuare un post processing qualitativo degno di nota.
