Presentiamo un’applicazione poco conosciuta del calcolo fluido-dinamico, che consiste nel valutare la potenza termica irradiata dal sole e la proiezione dell’ombra nell’arco di una giornata
di Alessandro Tornincasa
Negli ultimi anni i sistemi di progettazione assistita hanno subito delle evoluzioni sempre maggiori: si è passati da software di disegno bi-dimensionali, a sistemi tridimensionali parametrici e associativi accessibili a tutti, sia dal punto di vista del costo, sia dal punto di vista della semplicità d’uso. In questi programmi sono ormai presenti svariate funzionalità di modellazione delle geometrie, per cui negli ultimi 4-5 anni le case produttrici di software si sono concentrate sugli strumenti di simulazione, una volta appannaggio esclusivamente di ricercatori o di personale specialista, e che hanno cambiato il loro ruolo, passando da strumenti di analisi e validazione, a veri e propri strumenti di ausilio alla progettazione.
Il moduli di calcolo termo-fluido-dinamico sono quelli che certamente affascinano di più i progettisti, dal momento che hanno un campo di applicazione pressoché illimitato, e sono semplici da utilizzare, nonostante i modelli fisici siano descritti da equazioni molto complicate che presentano problematiche di convergenza perché sono fortemente non lineari.
Viene ora presentata un’applicazione poco conosciuta del calcolo fluido-dinamico, che consiste nel valutare la potenza termica irradiata dal sole e la proiezione dell’ombra nell’arco di una giornata. Viene mostrato un esempio molto semplice e di comprensione immediata (la meridiana di Fig. 1), ma in realtà detta applicazione ha dei riscontri pratici molto utili nella progettazione (es. posizionamento ottimale di pannelli solari o bilancio termico delle serre). I moduli di calcolo fluido-dinamico sono in grado di calcolare il trasporto di calore per conduzione, convezione, ed irraggiamento, quindi effettuano il calcolo sia nel fluido, sia nel solido.
Prima di impostare le condizioni al contorno è necessario specificare se il calcolo viene effettuato in un ambiente interno (es. una valvola che ha un ingresso ed una uscita) o un ambiente esterno. In questo caso si sceglie un ambiente esterno e se ne specificano le dimensioni: è sufficiente che sia grande abbastanza da contenere la proiezione dell’ombra. Nel caso in esame è possibile utilizzare una ipotesi semplificativa che permette di accelerare il calcolo e portarlo a termine in pochissimi minuti: si considera un ambiente in cui il fluido esercita una blanda convezione naturale. In tal caso è possibile escludere il fluido dal calcolo e quindi non far calcolare al software la convezione che è in genere la parte che impegna di più il solutore. Nelle figure 2 e 3 vengono fatte alcune considerazioni sull’impostazione dell’analisi e viene spiegato come definire la sorgente di irraggiamento solare, mentre in figura 4 vengono mostrati i risultati finali.
