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Calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici: implementazione in modelli di calcolo delle nuove formulazioni disponibili per il trattamento parametrico ed unificato di tutti i fluidi criogenici

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Calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici: implementazione in modelli di calcolo delle nuove formulazioni disponibili per il trattamento parametrico ed unificato di tutti i fluidi criogenici

Con questo lavoro sono stati analizzati, sviluppati e verificati metodi di simulazione analitica e numerica per il calcolo di tutte le proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici nella forma di modelli aperti che possono essere facilmente utilizzati all’interno di altri modelli, già realizzati daRSE o in fase di sviluppo, per la simulazione del comportamento elettromagnetico e termofluidodinamico più generale dei dispositivi a superconduttore. Con l’ausilio di questo “package” di simulazione e modellazione e con le necessarie verifiche sperimentali di supporto e validazione RSE intende fornire degli elementi per chiarire gli inevitabili dubbi sulle problematiche di affidabilità, sicurezza e funzionalità che i dispositivi a superconduttore, in quanto dispositivi innovativi e spesso prototipali, possono far sorgere ai gestori delle reti elettriche.

Con questo lavoro sono stati analizzati, sviluppati e verificati metodi di simulazione analitica e numerica per il calcolo di tutte le proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici nella forma di modelli aperti che possono essere facilmente utilizzati all’interno di altri modelli, già realizzati da RSE o in fase di sviluppo, per la simulazione del comportamento elettromagnetico e termo-fluidodinamico più generale dei dispositivi a superconduttore. Con l’ausilio di questo “package” di simulazione e modellazione e con le necessarie verifiche sperimentali di supporto e validazione RSE intende fornire degli elementi per chiarire gli inevitabili dubbi sulle problematiche di affidabilità, sicurezza e funzionalità che i dispositivi a superconduttore, in quanto dispositivi innovativi e spesso prototipali, possono far sorgere ai gestori delle reti elettriche.

Il contenuto del lavoro oggetto del presente rapporto consiste perciò nella elaborazione, nella implementazione al calcolatore, nella verifica e nella descrizione di una metodologia completa per la modellazione ed il calcolo delle proprietà termodinamiche di fluidi criogenici a partire dalla formulazione esplicita della energia di Helmholtz proposta nel volume “Thermodynamic Properties of Cryogenic Fluids” scritto da Richard T. Jacobsen, Steven G. Penoncello e Eric W. Lemmon ricercatori del CATS Center for Applied Thermodynamic Studies dell’Università di Idaho che è universalmente riconosciuta come essere una delle più accurate nella modellazione matematica delle proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici.

La scelta dello sviluppo autonomo di algoritmi per la modellazione ed il calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici è motivata dalla possibilità che tale scelta consente di utilizzare ed inserire tali algoritmi all’interno dei software già sviluppati o in fase di sviluppo da parte di RSE che modellano il comportamento elettromagnetico e termo-fluidodinamico di dispositivi a superconduttore per la rete elettrica.

E’ stato quindi realizzato un programma di calcolo, che è stato sviluppato in linguaggio VBA (Visual Basic for Applications) in ambiente Microsoft Excel, il quale consente di calcolare accuratamente le proprietà termodinamiche dei fluidi criogenici ed è organizzato in moduli, procedure e funzioni che sono esportabili ed utilizzabili in altri modelli che se ne dovessero servire.

La accuratezza dei calcoli è stata verificata mediante il confronto con i dati riportati dalle fonti di riferimento e relativi ai fluidi azoto, elio, neon e idrogeno, si sono ottenuti scostamenti pressoché nulli rispetto ai valori di riferimento e “bench-mark” di tutte le grandezze e di tutti i fluidi.

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