La comunità di produttori di ventilatori e soffianti sta assistendo negli ultimi anni ad un'incredibile spinta nel ripensare le strategie e gli approcci alla progettazione ed analisi delle performance. Cambiamenti nelle normative hanno innalzato i livelli minimi di efficienza richiesti ed il mercato richiede prodotti sempre più personalizzati, cambiando il modo in cui il processo di progettazione è percepito. In tale ambito emerge la necessità di affiancare all'approccio classico alla progettazione, basato su relazioni empiriche sviluppate attraverso misure sperimentali di profili palari in schiera, l'utilizzo di tecniche di metamodeling e machine learning. Inizialmente viene proposto un lavoro sistematico CFD con lo scopo di analizzare l'influenza di diversi parametri geometrici di schiera sulle performance aerodinamiche di profili della serie NACA 4-digit. Dai risultati ottenuti verrà sviluppato un meta-modello per la previsione delle performance aereodinamiche di tali profili. La definizione di una trial matrix permetterà di ridurre al minimo il numero di simulazioni richieste. Il meta-modello sviluppato verrà implementato in un software in house per l'analisi delle performance di ventilatori assiali, basato su un solutore quasi 3D. L'introduzione del meta-modello permetterà di migliorare notevolmente le previsioni prodotte dal solutore, che attualmente utilizza XFoil per il calcolo dei coefficienti di lift e drag del profilo. XFoil è un metodo ai pannelli che non considera gli effetti legati alla configurazione in schiera, determinando una sovrastima delle performance aereodinamiche e significativi errori di previsione delle performance. Il software migliorato verrà validato e successivamente utilizzato per esplorare lo spazio di design dei ventilatori assiali. I dati geometrici e prestazionali verranno raccolti in un database ed analizzati alla ricerca di nuove correlazioni per la previsione delle performance a partire dai principali dati geometrici palari.
La progettazione dei ventilatori è una branca dell'ingegneria che deve essere oggetto di uno studio ad hoc, ma nonostante il loro uso in svariati settori, sorprendentemente non gli è stata dedicata un'attenzione scientifica e sistematica. La progettazione dei ventilatori e delle macchine industriali in generale, si è spesso basata su un riadattamento delle metodologie sviluppate per la progettazione di compressori e turbine. Inoltre, le conoscenze aerodinamiche acquisite dalla progettazione e produzione di un ventilatore, essendo proprietà intellettuale dei produttori, raramente sono state pubblicate o discusse dalla comunità scientifica. Dunque è necessario affrontare nuove sfide nell'ambito della progettazione e dell'analisi delle performance dei ventilatori e realizzare di un approccio sistematico alla progettazione. Occorre espandere ed acquisire nuove conoscenze che mostrino l'influenza dei parametri di progetto sulla capacità di generare pressione e sull'efficienza.
La proposta di ricerca è caratterizzata da un punto chiave innovativo: l'utilizzo di modelli surrogati sviluppati attraverso l'uso di simulazioni CFD con lo scopo di assistere i processi di progettazione, ottimizzazione ed analisi delle performance dei ventilatori assiali. L'uso dei meda-modelli permetterà di superare l'attuale limite rappresentato dal sempre crescente utilizzo di simulazioni costose dal punto di vista computazionale nel processo di progettazione. L'uso di tali simulazioni è particolarmente pesante nel caso di processi di ottimizzazione. I meta-modelli sviluppati non saranno pensati per l'applicazione a problemi specifici, come la progettazione di una nuova macchina in uno specifico punto operativo. Al contrario saranno utilizzati per trainare le vecchie procedure di design e analisi delle prestazioni verso nuovi framework ispirati dagli elementi dell'Industry 4.0.
In particolare lo sviluppo del meta-modello per la deviazione e la sua introduzione nel software per l'analisi delle performance permetterà di fornire al progettista uno strumento estremamente rapido ma allo stesso tempo molto più accurato rispetto agli attuali solutori quasi 3D che, non tenendo in considerazione gli effetti legati alla configurazione del profilo in schiera, generano sensibili errori nella previsione delle performance.
Oltre all'utilizzo in fase di progetto, analisi e ottimizzazione, il software migliorato potrà essere utilizzato per esplorare lo spazio di design dei ventilatori assiali. I dati geometrici e prestazionali ottenuti durante questa esplorazione saranno immagazzinati in un database e successivamente analizzati applicando strumenti di apprendimento statistico come la Principal Component Analysis (PCA), clustering e classificazione con lo scopo di trovare nuove relazioni tra i principali parametri geometrici palari e le performance aereodinamiche del profilo. Queste nuove correlazioni verranno utilizzate per generare delle mappe multidimensionali dalle quali ci si aspetta che siano in grado di individuare nuovi procedimenti progettuali, colmando l'attuale gap determinato dall'utilizzo di relazioni empiriche sviluppate nel corso degli anni per la progettazione di compressori e turbine e forzatamente applicate alla progettazione preliminare dei ventilatori industriali.