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Simulazione della prova di non combustibilità UNI EN ISO 1182

La prova di non combustibilità UNI EN ISO 1182 è un test che permette di valutare la resistenza alla fiamma di un materiale collocato all'interno di un fornetto a "tiraggio" naturale. La macchina di test ha una geometria speciale caratterizzata da un lungo cono di imboccatura al fornetto posizionato nella parte inferiore. Il cono rovesciato ha diametro uguale a quello del forno (75mm) nella parte alta e un diametro di soli 10 mm nella parte inferiore, l'aria viene movimentata verso l'alto dalla parte calda del forno che genera una depressione all'altezza del foro da 10mm. Il tiraggio naturale per sua natura è fortemente influenzabile da molti parametri, non a caso nella norma si menziona l'esigenza di posizionare l'equipaggiamento di test lontano da correnti d'aria. Il flusso d'aria attraverso l'imboccatura del cono è bilanciato in modo da garantire l'adeguato apporto di ossigeno (favorendo la combustione) senza asportare eccessivo calore (evitando di rallentare così la combustione). Come ARGO abbiamo simulato la portata d'aria della prova in condizioni ideali di tiraggio naturale. Questi valori sono particolarmente utili per monitorare la ripetibilità di questi test rapportandoli ai dati sperimentali ottenuti posizionando un anemometro all'ingresso del cono di aspirazione naturale.

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Code_Saturne e la convezione naturale

Le simulazioni sono state realizzate utilizzando Code_Saturne in con i metodi RANS, in quanto era essenziale avere la portata media nel punto di imbocco senza analizzare con un dettaglio spinto la convezione intorno al pezzo (possibile attraverso un metodo LES). Diversamente da quanto si possa pensare, la convezione naturale è più difficile da simulare rispetto alla convezione forzata in quanto il moto fluido è decisamente più variabile ed instabile nel tempo, rendendo d'obbligo time-step ridotti. Per promuovere la convergenza si consiglia di utilizzare un time-step adattativo basato sui criteri di Courant (precisione a livello di velocità) e di Fourier (precisione a livello di difusività termica). Data la complessità del calcolo, per ridurre i tempi della simulazione, la geometria è stata modellata in forma ridotta ad 1/4 in virtù della sua assialsimmetricità.

Tips&Tricks: per risultati precisi in tempi rapidi conviene sempre "risparmiare" risorse di calcolo riducendo l'estensione macro del dominio geometrico da "spendere" nell'infittimento di elementi nelle zone cruciali (i.e. interfaccia forno/aria e campione/aria).

Sono state simulate due condizioni, la prima in condizioni di forno vuoto, la seconda, più rappresentativa, in condizioni di prova ovvero con un campione standard di diametro 50mm coassiale all'interno del forno. Non avendo flusso forzati le condizioni di inlet e outlet sono state impostate con la condizione di "Free inlet/outlet" presente all'interno di Code_Saturne. Densità e viscosità del fluido (aria) sono stati resi funzione della temperatura ed è stata ovviamente inserito l'effetto della gravità lungo l'asse Z.

Tips&Tricks: nonostante per ottenere convezione naturale sia sufficiente impostare un vettore gravità e una densità variabile con la temperatura, per risultati precisi si consiglia di aggiungere almeno una viscosità del mezzo gassoso funzione della temperatura. Qui una tabella delle proprietà dell'aria alle diverse temperature.


 

 

Risultati

I risultati sono esposti lungo una sezione del lungo condotto forno + cono di aspirazione. In trasparenza l'estensione completa del dominio virtuale. La velocità, e di conseguenza la portata di aria in transito nel forno durante la prova, diminuisce nel momento in cui viene posizionato il campione all'interno del forno in quanto va a diminuire la sezione utile del "camino". La portata d'aria in condizioni di campione inserito ad una temperatura del forno di 750°C è pari a circa 0,65 metri cubi all'ora, del 22% inferiore rispetto alla condizione di forno "scarico". I flussi d'aria sono principalmente laminari tranne basse turbolenze in corrispondenza dei lati piatti del campione. 

Condizioni di forno vuoto - Empty Furnace

velocity with empty furnace

 

stream empty

 

Condizioni di prova - Furnace + sample

velocity sample

 

stream sample

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