The thesis concerns the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) as a tool for the optimized design and management of pulse-jet cleaning of fabric filter bags. The cleaning of the filters is fundamental for the correct operation of the industrial plant and must be carried out periodically in order to eliminate the dust cake that is deposited on the filter. The pulse-jet technology consists in injecting into the bag from the top a pulse of compressed air, which turns into a pressure wave propagating within the filter. According to the literature, the cleaning efficiency is related to the strength of the separation force between the dust cake formed during the use of the system and the filter. This, in turn, depends on two fluid dynamic parameters that can be predicted using a CFD model, namely, the peak pressures in every section along the bag, and their arrival times. Particularly, the higher the peak pressures and the lower the arrival times, the higher the separation force and, hence, the cleaning efficiency. This thesis started from previous work done by others in the context of an earlier research project, and was specifically focused on the assessment of the numerical convergence and on the validation of a CFD model capable in predicting peak pressures and arrival times. This required delving into the fundamentals of compressible gas dynamics and, particularly, into the development of the flow within the nozzle used to generate the pulse-jet. The preliminary simulation of a benchmark case of compressible nozzle flow permitted not only to demonstrate the reliability of the fluid dynamic model, but also to gather some intuition on the impact of the nozzle shape for the pulse-jet technology, a topic which has not been exhaustively covered in the literature. In a second test case, a benchmark laboratory test was numerically simulated, which consists in the travelling of a pressure wave into a single filter bag. An interesting results is the assessment of the impact of the coefficient of permeability in the CFD modelling of the filter bag, carried out through a sensitivity analysis in the range of reference values for polyester fabrics. The study revealed that, for the same reservoir pressure, the lower the coefficient of permeability, the higher the peak pressures, and the lower their arrival times.

La tesi riguarda l'utilizzo della fluidodinamica computazionale (CFD) come strumento per la progettazione e l'ottimizzazione del processo di pulse-jet cleaning per la pulizia di filtri a manica. La pulizia dei filtri è fondamentale per il corretto funzionamento dell'impianto industriale e deve essere effettuata periodicamente per eliminare la dust cake che si deposita sul filtro. La tecnologia pulse-jet consiste nell'iniettare dall'imbocco della manica un getto d'aria compressa, che si trasforma in un'onda di pressione che si propaga all'interno del filtro. Secondo letteratura, l'efficienza di pulizia è correlata alla forza di separazione tra la dust cake e il filtro. Questa, a sua volta, dipende da due parametri fluidodinamici, che possono essere calcolati utilizzando un modello CFD, ovvero le pressioni di picco lungo la manica e i loro tempi di arrivo. In particolare, tanto maggiori sono le pressioni di picco e minori i tempi di arrivo, quanto maggiore è la separazione e, quindi, l'efficienza di pulizia. Questa tesi è partita da un precedente lavoro di ricerca, ed è stata specificamente incentrata sulla valutazione della convergenza numerica e sulla validazione di un modello CFD in grado di prevedere i picchi di pressione e i tempi di arrivo. Ciò ha richiesto un approfondimento dei fondamenti della dinamica dei gas comprimibili e, in particolare, dello sviluppo del flusso attraverso l'ugello utilizzato per generare il getto. La simulazione preliminare di un caso di riferimento di flusso comprimibile attraverso un ugello ha permesso non solo di dimostrare l'affidabilità del modello fluidodinamico, ma ha anche portato a delle intuizioni sull'impatto della forma dell'ugello per la tecnologia pulse-jet, un argomento non trattato in modo esaustivo in letteratura. In un secondo caso test, è stato simulato numericamente un test di laboratorio di riferimento, che consiste nella propagazione di un'onda di pressione all'interno di un singola manica. Un risultato interessante è la valutazione dell'impatto del coefficiente di permeabilità nella modellazione CFD della manica, effettuata attraverso un'analisi di sensibilità nell'intervallo di valori di riferimento per i tessuti in poliestere. Lo studio ha rivelato che, a parità di pressione del serbatoio, tanto più basso è il coefficiente di permeabilità, quanto più alti sono i picchi di pressione e più bassi i loro tempi di arrivo.