Creazione di un modello CFD su OpenFOAM per la dinamica di sloshing di un serbatoio preconfigurato con deflettori smorzanti = Implementation of a CFD Model in OpenFOAM for the Sloshing Dynamics of a Preconfigured Tank with Damping Baffles

Questa tesi studia l'effetto dello sloshing, cioè il pendolamento di un liquido imbarcato, in un serbatoio di un drone utilizzato per l’irrorazione aerea in agricoltura di precisione, sia per trattamenti fitosanitari sia per integrazioni nutrizionali. L’analisi si concentra sul profilo di missione del drone, studiando l'efficacia dei deflettori esistenti e di nuove configurazioni progettate su misura per mitigare i picchi caratteristici del fenomeno, variando le condizioni di riempimento del serbatoio. Il cuore dell’elaborato risiede nella costruzione del modello numerico tramite software open source OpenFOAM ed alcune estensioni applicative per le fasi di pre e post processing, andando a descrivere dettagliatamente l’architettura del codice con l’intenzione di essere utilizzata come guida per l’esecuzione di un set di simulazioni parametriche per la creazione di una base dati necessari alla costruzione di un algoritmo data-driven sfruttando le potenzialità future dei sistemi ad intelligenza artificiale nell’ingegneria. La ricerca ha permesso di ottenere informazioni sull'accoppiamento geometrico ideale del serbatoio, valutando l'allineamento del sistema di riferimento locale con quello del drone e la rotazione del sistema di riferimento locale di 30 gradi intorno all’asse verticale. In questo modo, la direzione del moto coincide, nel primo caso, con la normale a una faccia piana del serbatoio esagonale, e nel secondo caso, con la diagonale tra due spigoli, risultando quest’ultima configurazione più efficace per lo smorzamento. L’introduzione dei deflettori nel sistema, già presenti allo stato dell’arte di inizio elaborato, introduce una possibile asimmetria nella configurazione di volo ideale, che si traduce in una componente dinamica sul piano perpendicolare alla direzione del moto. Per risolvere questo problema, sono state proposte due modifiche progettuali: un diverso accoppiamento dei deflettori radiali e la seconda la progettazione di deflettori tangenziali opportunamente collocati ad un’altezza pari al 70%, che si è dimostrato essere il livello di riempimento che più eccita la dinamica di sloshing, e, per ragioni simmetriche, al 30%. Tramite la variazione parametrica del riempimento si è potuto estrarre anche un profilo di variazione delle frequenze caratteristiche tramite il quale è possibile agire con metodi di input shaping a supporto dei sistemi passivi costituiti dai deflettori, che risultano comunque sufficienti alla stabilizzazione del fenomeno.