Progettare 463

magari hanno 10 canali. Questo perché chiedono al loro algoritmo di determinare in anticipo l’esatto posizionamento di ogni elemento fisico dei canali; questo richiede molta potenza di calcolo e molto tempo per ottenere un progetto complesso come quello che vediamo qui”, spiega. Forme innovative, più velocemente Come ha fatto il teamTrina con la propria metodologia a ottenere inmodo efficiente progetti di microcanali migliori? In primo luogo, i tecnici hanno simulato traiettorie di flusso idealizzate attraverso il mate- riale poroso anisotropo effettivo, come mostrato a sinistra nella Figura 6; poi hanno estratto i valori che descrivevano il comportamento idealizzato del fluido. Quindi hanno inserito questi valori in un’altra simulazione, che ha generato le forme dei microcanali capaci di provocare quel comportamento, come mostrato a destra nella Figura 6. In sostanza, hanno definito il risultato che volevano ottene- re dai loro progetti prima di progettare qualsiasi cosa. Questa sequenza descrive il principio che sta alla base della proget- tazione inversa. Come descritto nel paper di ricerca del team Trina, “Abbandonando durante la fase di ottimizzazione la modellazione esplicita dei canali, che richiede un gran numero di valutazioni di funzioni, il pro- cesso fisico all’interno di un mezzo poro- so anisotropo viene catturato utilizzando una mesh relativamente larga del domi- nio di progettazione”. “Il nostro modello del materiale poroso realizzato con Comsol ha solo due valori di materiale e unameshmolto grossolana - spiega Zhou -. Implementiamo un pro- cesso di ottimizzazione basato sulla sen- sibilità e sulle equazioni di Navier-Stokes e di avvezione-reazione-diffusione. Assu- miamo un flusso laminare, incomprimibi- le e stazionario attraverso i mezzi porosi e consideriamo che le reazioni chimiche desiderate avvengano in proporzione alla concentrazione dei reagenti. Eseguiamo queste simulazioni per ottenere una di- stribuzione ottimale dell’orientamento del campo di moto attraverso i pori. Questo processo ci permette di ottenere risultati preziosi con un’enorme riduzione della complessità computazionale”. Zhou descrive questa parte del processo di progettazione generale come omo- geneizzazione. Dopo aver stabilito un modello di traiettorie ideali del fluido attraverso i pori della piastra, il passo successivo è la de-omogeneizzazione. Questa fase comporta la definizione, ba- sata su equazioni, delle forme dei mi- crocanali che costringeranno il fluido a seguire questi percorsi ottimali. 79 progettare 463 • giugno / luglio 2024 Figura 5. I progetti esistenti per i microcanali del campo di flusso seguono schemi semplici, come quello a serpentina mostrato a sinistra. Disegni di canali più complessi (a destra) potrebbero distribuire il fluido attraverso lo strato di materiale poroso in modo più efficace, ma l’aggiunta di complessità fisica può rendere più complesse anche la progettazione e la produzione. Figura 6. Illustrazione delle traiettorie di flusso desiderate attraverso il materiale poroso (a sinistra) e, a destra, simulazione delle forme dei microcanali che faranno seguire al fluido le traiettorie desiderate.