Predizione dell'erosione da impatto in flussi ad alta densità di particelle solide

Flows carrying various amounts of solids, including sand particles, can be found in many engineering applications. These particles can impinge against the solid walls, thereby gradually removing the material and damaging the plants and devices. This phenomenon is called impact erosion. Nowadays, the impact erosion in flows with high solid loading is hard to be predicted due to technical limitations of the available models. The present work is based on a new methodology, developed by Dr. Gianandrea Messa and Prof. Stefano Malavasi of the “FluidLab” research group of Politecnico di Milano, which is potentially applicable to dense flows. The methodology is first applied to a benchmark case (direct impact test), and a sensitivity analysis of the estimates with respect to different sub-models and parameters and a validation against literature results are performed. Afterwards, the implementation of the predictive technique is extended to an arbitrary geometry, and it has been applied to a case of most engineering interest, namely the prototype of a gate valve.

In molte applicazioni ingegneristiche si trovano flussi contenenti particelle solide di vario tipo, tra cui le sabbie. Le particelle possono impattare sulle pareti interne dei manufatti, e gradualmente rimuovono il materiale, danneggiando impianti e dispositivi. Questo fenomeno è detto erosione da impatto. A oggi, l’erosione da impatto in flussi ad elevata densità di particelle solide è difficilmente predicibile a causa di limitazioni tecniche dei modelli esistenti. Il presente lavoro parte da una nuova metodologia predittiva, potenzialmente applicabile anche ai flussi densi, sviluppata dal Dr. Gianandrea Messa e dal Prof. Stefano Malavasi del gruppo di ricerca “FluidLab” del Politecnico di Milano. In questa tesi, tale metodologia è dapprima applicata ad un caso benchmark (direct impact test), e sono effettuate un’analisi di sensitività rispetto ai diversi parametri e sotto-modelli, e una validazione rispetto a risultati di letteratura. Successivamente, l’implementazione della stessa è stata estesa ad una geometria arbitraria, e quindi applicata ad un caso di maggior interesse ingegneristico, cioè un prototipo di valvola a saracinesca.