I ricercatori dell’Università di Twente hanno sviluppato un metodo teorico per la progettazione fluidico reti che ha applicazioni dirette per scienziati e ingegneri.
Il diametro ottimale dei canali all’interno di una rete ramificata viene determinato utilizzando grafici, per mantenere al minimo la perdita di energia all’interno della rete. Anche quando vincoli pratici come le dimensioni o le tolleranze dei canali standard indicano che i diametri dei canali non sono ottimali, la perdita di energia può comunque essere ridotta o almeno quantificata.
Una goccia d’acqua – foto illustrativa. Credito immagine: Pixabay (licenza gratuita Pixabay)
I risultati sono applicabili a un’ampia gamma di sistemi, dalla distribuzione ottimale del calore nell’accumulo termico e il potenziamento delle stampanti 3D, ai sistemi di lubrificazione per cuscinetti e ingranaggi, CO2 cattura e progettazione del polmone artificiale.
Lo studio è opera di Jan Siemen Smink, Kees Venner, Claas Willem Visser e Rob Hagmeijer della Faculty of Engineering Technology ed è stato ora pubblicato sul Journal of Fluid Mechanics.
“Il polmone è un esempio di una rete fluidica che si ramifica. Osserva da vicino i polmoni e vedrai una struttura composta da minuscoli canali attraverso i quali l’aria viene inspirata ed espirata. La trachea si divide in canali più piccoli, che a loro volta si suddividono ripetutamente. Questo porta l’aria a contatto con un’ampia superficie, consentendo lo scambio di ossigeno e CO2”, spiega Smink.
“Nel corpo umano e altrove in natura, troviamo reti come queste nel sistema cardiovascolare e nei reni, o negli alberi per esempio – dalle loro radici alle vene su una foglia. Queste reti naturali sono molto efficaci nel limitare l’uso di energia, materiali e spazio e sono quindi altamente efficienti”.
Reti fluidiche ramificate. Credito immagine: Università di Twente
Reti fluidiche ramificate
La maggior parte degli studi scientifici in questo campo si concentrano sulla descrizione dei sistemi naturali e sono difficilmente applicabili alla progettazione di nuovi sistemi tecnologici.
Tuttavia, le reti fluidiche ramificate sono sempre più viste come una fonte di informazioni essenziali sull’uso della tecnologia esistente e nuova. Gli esempi includono sistemi di condutture (ad esempio per la fornitura di gas e acqua), ingegneria di processo nelle fabbriche, stampa 3D e chip microfluidici (ad esempio per la ricerca di laboratorio in applicazioni biomediche).
Liquidi
“La progettazione e l’ottimizzazione di queste reti di trasporto fluide presenta molte sfide. Che tipo di geometria può essere considerata ottimale? Per i fluidi newtoniani, come l’acqua, questo è già stato oggetto di ricerche approfondite. Ma per i fluidi non newtoniani, che mostrano un comportamento più complicato, l’ottimizzazione è molto più difficile».
“Per alcune forme caratteristiche di comportamento non newtoniano, questo problema è stato ora risolto: liquidi che a volte iniziano a scorrere solo sotto un certo stress, per esempio, o che diventano più o meno viscosi una volta che sono in movimento. Questi includono sangue, inchiostri per stampanti 3D, farina di mais, dentifricio, plastica liquida e fango dragato. Come si fa a determinare la geometria ottimale della rete per tali fluidi? La nostra ricerca ha ora stabilito un metodo di progettazione in questi casi”.
Maggiori dettagli
Questa ricerca è stata condotta da Jan Siemen Smink, Kees Venner, Claas Willem Visser e Rob Hagmeijer della Facoltà di Tecnologia dell’Ingegneria dell’Università di Twente. Il link alla rivista è disponibile Qui.
Fonte: Università di Twente
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
