RICERCA ITALIANA     

Studio e ottimizzazione di sistemi termici a controllo termogravitazionale

Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

Abstract

Il progetto è centrato sullo studio dei fenomeni di convezione naturale in sistemi fluidi monofase a confinamento totale o parziale, con lo scopo di produrre indicazioni metodologiche e progettuali significative per il progetto di una gamma vastissima di sistemi di controllo termico.
Il programma affronta sia tematiche a carattere fondamentale relative al controllo dei fenomeni di convezione naturale pura, sia lo sviluppo di metodologie di indagine sperimentale e di analisi teorica della termofluidodinamica di tali sistemi, proponendo, infine, il primo esempio di sperimentazione di procedure automatiche di ottimizzazione nell'ambito della progettazione di dispositivi a convezione naturale.
Le ricerche si incentrano sullo studio di sistemi appartenenti alle tre seguenti tipologie: cavità confinate contenenti sorgenti termiche, circuiti a circolazione naturale e canali verticali a tiraggio naturale.
Con riguardo ai sistemi confinati, si esaminano, in particolare, i regimi di convezione naturale supercritici, con riguardo gli effetti della geometria dei contorni sulla stabilità dei moti convettivi confinati, ed il comportamento di tali sistemi nei regimi di transitorio di avviamento termico. Attenzione è pure riservata allo studio degli effetti di diffusione termogravitazionale di miscele binarie in cavità riscaldate, ed ai conseguenti effetti di separazione dei componenti.
L'interesse degli studi relativi ai sistemi a circolazione convettiva è dettato dalla attuale tendenza alla riduzione dimensionale degli stessi per adeguarli all'impiego in settori ad alta tecnologia. Il programma si propone la caratterizzazione, per via teorica e sperimentale, dei sistemi a media e piccola taglia, in termini di prestazioni e di stabilità. La creazione di sensoristica adeguata al controllo di circuiti a piccola scala è parte fondamentale del progetto.
I canali verticali a tiraggio naturale sono oggetto di indagini sperimentali e di simulazioni numeriche volte ad acclarare in via definitiva l'influenza che la creazione di protrusioni orizzontali sulle superfici riscaldanti comporta sulle prestazioni di scambio termico e sulla portata elaborata.
Il caso di studio, costituito da una superficie isoterma con protrusioni orizzontali e da una superficie adiabatica ad essa affacciata a formare un canale verticale, è stato prescelto quale sistema di riferimento per l'esecuzione di uno studio coordinato di ottimizzazione dei parametri termici e geometrici, con verifica sperimentale delle soluzioni ottimizzate.
Il programma produrrà quindi nuovi elementi conoscitivi a carattere fondamentale, ma anche nuovi strumenti ed informazioni di carattere tecnico, insieme ad una prima valutazione dell'efficacia dei metodi automatici di ottimizzazione nell'ambito della progettazione di sistemi termici a convezione naturale. Quest'ultimo aspetto riveste particolare importanza ingegneristica, dato che le tecniche di ottimizzazione si presentano oggi come uno dei più promettenti strumenti di sviluppo tecnologico. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Sebastiano BAROZZI Università degli Studi di MODENA e REGGIO EMILIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

In termini generali il progetto è volto a mettere a punto metodiche sperimentali e predittive adeguate per lo studio, il dimensionamento e l'ottimizzazione di un'ampia classe di sistemi il cui funzionamento termofluidodinamico è completamente affidato all'insorgenza di moti di convezione naturale. Indicazioni e metodiche progettuali significative potranno così essere fornite per numerosissime applicazioni tecnologiche.
Il progetto di ricerca si incentra sullo studio di fenomeni di circolazione e di convezione naturale in ambienti parzialmente o totalmente confinati. Il programma raccoglie differenti esperienze maturate dalle U.R. nell'ambito di precedenti Progetti PRIN dedicati allo sviluppo di metodi sperimentali e numerici per lo studio della convezione naturale e mista. Le competenze acquisite vengono qui rivolte a nuovi obiettivi metodologici e tecnologici.
La ricerca deliberatamente si limita alla considerazione dei seguenti sistemi a convezione naturale monofase: i. cavità confinate con sorgenti termiche immerse nel fluido termovettore o perimetrali; ii. canali verticali a tiraggio naturale; iii. circuiti a circolazione naturale.

Con riferimento a tali tipologie, il programma si propone:
1)l'approfondimento di tematiche a carattere fondamentale relative al controllo dei fenomeni di convezione naturale pura, non sufficientemente esplorate in letteratura. In particolare:
a)per i sistemi fluidi confinati risulta ancora largamente inesplorata la relazione tra prestazioni di scambio termico e regime di moto, particolarmente in relazione agli effetti della forma della cavità, della posizione e della geometria delle sorgenti termiche, delle condizioni al contorno termiche, del fluido operatore. Partendo da due configurazioni base, sorgente cilindrica in cavità parallelepipeda e sorgente cilindrica in cavità cilindrica, si svilupperanno analisi teoriche ed indagini sperimentali volte ad identificare i diversi regimi di moto, stazionari, periodici e caotici, che progressivamente si sviluppano all'aumentare del numero di Rayleigh. Le indagini forniranno dati quantitativi in relazione allo scambio termico nei diversi regimi di moto. Oggetto di studio saranno anche le condizioni di transitorio termico, nonché gli effetti di diffusione termogravitazionale in miscele binarie.
Obiettivo finale delle attività è la derivazione di criteri di massima, ora completamente indisponibili, per prevedere, almeno in via qualitativa, il comportamento di sistemi reali, necessariamente più complessi.
b)I canali verticali a tiraggio naturale trovano ampia diffusione in numerose applicazioni, quali , ad esempio, il raffreddamento di apparecchiature elettroniche ed il riscaldamento solare passivo di edifici. Per i canali verticali a tiraggio naturale sono disponibili in letteratura dati copiosi e correlazioni per le condizioni fondamentali di riscaldamento simmetrico e non simmetrico a pareti lisce. Al fine di migliorare le prestazioni di tali sistemi è stata recentemente proposta l'applicazione di protrusioni orizzontali sulle superfici riscaldanti; i risultati del provvedimento sono tuttavia ancora controversi.
Il presente programma si propone di dare indicazioni definitive in materia, e fornire gli strumenti ed i criteri per ottimizzarne le prestazioni.
c)I circuiti ermetici a circolazione naturale presentano caratteristiche di affidabilità, economicità e silenziosità estremamente positive, che ne rendono interessante l'impiego anche in settori ad alta tecnologia. Per tali applicazioni, tuttavia, si rende necessario affrontare i problemi tecnici e tecnologici connessi alla riduzione dimensionale dei circuiti stessi e saper prevedere il grado di affidabilità e di stabilità delle circolazioni.
Il programma si propone la caratterizzazione, per via teorica e sperimentale, dei sistemi in termini di stabilità, nonché la creazione di sensoristica adeguata al controllo di circuiti a piccola scala.

2)l'impiego estensivo di metodologie sperimentali non invasive per la determinazione dei campi di temperatura e velocità nei fluidi.
Il progetto si propone di trarre massimo profitto dalle esperienze maturate da alcune U.R. nel campo dei metodi ottici, attuando esperimenti di comparazione diretta dei risultati da interferometria olografica e da tecnica "schlieren" sul medesimo caso sperimentale. Tale esercizio comparativo produrrà, oltre a nuovi dati sperimentali sul problema di riferimento, elementi originali di valutazione sulle tecniche ottiche. Inoltre si affinerà la tecnica Ultrasound Pulsed Doppler Velocimetry, particolarmente promettente per i rilievi di velocità nei liquidi; infatti a differenza delle tecniche laser, essa non necessita di finestre ottiche. I limiti di accuratezza e di ripetibilità della UPDV nel campo delle velocità caratteristiche dei moti di convezione naturale restano ancora da identificare con certezza.
Obiettivo del programma è quindi la messa a punto di tecniche sperimentali non intrusive per lo studio della convezione naturale. L'addestramento di personale di alta qualificazione, lo sviluppo di protocolli di misura, di software di elaborazione automatica dei dati e di analisi di incertezza rappresentano obbiettivi non secondari delle attività di cui sopra.

3)la sperimentazione, nell'ambito della progettazione di dispositivi a convezione naturale, di procedure automatiche di ottimizzazione geometrica e funzionale. Le tecniche di ottimizzazione sono attualmente in rapida diffusione in ambito industriale, in virtù degli enormi vantaggi che tali metodologie offrono nei confronti dell'approccio tradizionale, soprattutto in presenza di un numero elevato di gradi di libertà. Tuttavia, l'efficacia di queste tecniche è fortemente dipendente dalla corretta identificazione dei parametri significativi e dei loro limiti di variabilità. E' questo un esercizio particolarmente delicato nel caso del controllo della convezione naturale, che rende ragione della mancanza di applicazioni significative in tale contesto. Il progetto di ricerca prevede l'esecuzione di un'attività di ottimizzazione geometrica e funzionale. Il caso di riferimento è costituito da un canale piano verticale confinato su di un lato da una parete riscaldante, recante protrusioni orizzontali, la cui forma, dimensioni, proprietà termofisiche e posizionamento saranno oggetto di ottimizzazione. E' prevista, inoltre, la verifica sperimentale delle geometrie giudicate più efficaci.
L'attività è volta a verificare la praticabilità, l'efficienza e l'efficacia delle procedure automatiche di ottimizzazione nell'ambito delle applicazioni termiche di convezione naturale, con il fine di offrire metodologie economiche e praticabili ai progettisti termici e di rilevare eventuali limiti operativi di tali metodiche nello specifico contesto.

Quale risultato finale delle attività previste dal progetto di ricerca si otterrà quindi, in primo luogo, un arricchimento delle conoscenze fondamentali relative alle prestazioni di scambio termico ed al comportamento termofluidodinamico dei sistemi a convezione ed a circolazione naturale. A ciò si accompagnerà lo sviluppo di nuove competenze e di nuove procedure sia nel campo delle misure termofluidodinamiche che in ambito CFD.
Sotto l'aspetto tecnico-progettuale si proporrà la definizione di nuovi criteri predittivi dei regimi confinati di convezione e di circolazione naturale e si produrranno correlazioni aggiornate per il calcolo dei coefficienti di scambio termico in sistemi confinati.
Si fornirà, infine, una prima valutazione dell'efficacia dei metodi automatici di ottimizzazione nell'ambito della progettazione di sistemi termici a convezione naturale; quest'ultimo obbiettivo riveste particolare importanza ingegneristica, dato che le tecniche di ottimizzazione si presentano oggi come uno dei più promettenti strumenti di sviluppo tecnologico, in grado soprattutto di fornire, in ambito industriale, un ulteriore elemento a sostegno dell'innovazione di prodotto e di processo. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I moti di convezione naturale, o libera, si producono in un fluido a causa di forze di galleggiamento generate dall'azione del campo gravitazionale in presenza di gradienti di densità. Nei fluidi omogenei questi corrispondono a differenze di temperatura indotte dall'interazione con sorgenti termiche; di qui la denominazione di moti termogravitazionali. Nel caso di miscele le forze di galleggiamento possono invece essere dovute alla presenza di gradienti di concentrazione.
I fenomeni termogravitazionali sono sfruttati in una molteplicità di applicazioni tecnologiche. Gli esempi spaziano dal controllo termico di apparati elettronici, ai sistemi di ventilazione naturale, alla distribuzione del calore in grandi involucri, ai dispositivi di accumulo termico, sino alle tecnologie di deposizione a film.
I sistemi termici a convezione libera sono attraenti in termini di affidabilità e sicurezza, in quanto non necessitano di sorgenti artificiali di moto ma sono attivati automaticamente dal sistema; sono inoltre silenziosi ed economici. Essi trovano tuttavia limiti applicativi nei bassi coefficienti di scambio termico e nelle difficoltà di controllo dei processi di trasporto. Infatti, essendo fisicamente correlata al processo di scambio, l'intensità dei moti convettivi è molto difficile da modificare, sia quando occorra promuoverla per incrementare lo smaltimento, sia quando si desideri ridurla per limitare le dispersioni.
L'efficienza dei processi di convezione naturale è di previsione particolarmente difficile, nel caso dei sistemi confinati, il cui comportamento termofluidodinamico dipende in misura sensibile dai dettagli geometrici del sistema, oltre che dalle condizioni al contorno e dalla natura del fluido.
L'analisi dimensionale indica che i parametri che controllano la similitudine dinamica in convezione libera sono il numero di Grashof (Gr), o, in alternativa, di Rayleigh (Ra), e il numero di Prandtl (Pr). Essi sono correlati al coefficiente di scambio termico attraverso il numero di Nusselt (Nu), e relazioni del tipo Nu = f(Gr,Pr) sono reperibili nella manualistica per alcune geometrie elementari [1,2].
Il progetto affronta tematiche relative alle seguenti tipologie di sistemi: i. cavità confinate contenenti un fluido interagente con sorgenti termiche, interne o perimetrali; ii. circuiti a circolazione termogravitazionale; iii. canali verticali con riscaldamento alla parete.
Tali sistemi, pur ben distinti in termini di finalità applicative, sono tuttavia assai strettamente correlati in termini di fenomenologie di base.
Il progetto valorizza le esperienze maturate su ciascun tema dalle Unità di Ricerca e gli strumenti di indagine messi a punto nel corso delle precedenti esperienze di ricerca. Si presentano le tecniche sperimentali (iv) ed i metodi di simulazione e di ottimizzazione (v ) di cui il progetto si avvarrà.

i. Moti convettivi in cavità confinate
Il comportamento fluidodinamico dei sistemi termogravitazionali confinati è noto compiutamente solo per alcune geometrie elementari.
Tra queste, la cavità rettangolare verticale a riscaldamento differenziale è stata studiata diffusamente per tutta la gamma di regimi, laminari, transizionali e turbolenti, che si verificano al variare di Ra [3-5]. In particolare è accertato che, all'aumentare di Ra, la circolazione convettiva dapprima monocellulare, passa a multicellulare, dando poi luogo ad una serie di successive transizioni a regimi non stazionari periodici, quasi-periodici, caotici e, infine, turbolenti [6]. Per questo caso, è stata recentemente proposta una metodologia analitica per la previsione del primo valore critico di Ra [7].
La cavità anulare orizzontale, limitata da cilindri coassiali a differente temperatura, costituisce il secondo caso di riferimento su cui sono in corso studi volti a caratterizzare i regimi di moto ed i valori critici di Ra, anche in funzione del rapporto di forma [8-10].
Il Programma prevede di fornire nuovi contributi, analitici, numerici e sperimentali, alla conoscenza della stabilità di questo fondamentale sistema.
I casi, tecnicamente significativi, di cavità rettangolari contenenti sorgenti termiche interne sono stati assai meno studiati. Sono state esaminate per via numerica cavità rettangolari 2D con incluse sorgenti puntiformi [11,12], cilindriche [13], rettangolari [14] o in forma di piastre piano-parallele [15]. I contributi sperimentali sono molto limitati [16,17] e si riferiscono a regimi stazionari stabili a basso Ra.
Tutte le analisi mostrano che, anche in presenza di sorgenti interne, i moti all'interno della cavità divengono stazionari a bassi valori di Ra, inizialmente con struttura pseuodoconvettiva, per dare luogo a regimi dipendenti dal tempo all'aumentare di Ra. I valori critici di Ra, corrispondenti alle diverse transizioni, variano però a seconda della geometria dell'involucro, della forma e della posizione delle sorgenti, delle condizioni termiche imposte al contorno e delle proprietà termofisiche del fluido. In corrispondenza dei mutamenti di regime variano, anche in misura sensibile, le prestazioni di scambio termico.
Il Programma prevede lo svolgimento di un'indagine estensiva, numerica e sperimentale, dei regimi transizionali per il caso di sorgente cilindrica in cavità rettangolare.
Una caratteristica rilevante dei sistemi confinati è il tempo di risposta alle sollecitazioni termiche. Infatti è possibile che i tempi di transitorio di questi sistemi divengano tanto lunghi da rendere inutilizzabili, ai fini pratici, i dati di regime [15]. I pochi risultati sperimentali disponibili, per il caso di cilindro orizzontale, mostrano che il transitorio è caratterizzato da un tempo di ritardo al di sotto del quale lo scambio termico è puramente conduttivo e che il tempo di ritardo è inversamente proporzionale alla potenza termica dissipata [18].
Il Programma intende offrire in merito nuovi dati sperimentali e previsioni numeriche.
Un ultimo aspetto considerato dal Programma riguarda l'effetto di termodiffusione (Soret) in miscele binarie, che consiste nella generazione di un gradiente di concentrazione, con conseguente separazione dei componenti la miscela, in presenza di un gradiente di temperatura. L'accoppiamento della termodiffusione con effetti di convezione libera da luogo a diffusione termogravitazionale. Se ottimizzato, esso può accelerare notevolmente la separazione dei componenti rispetto alla sola termodiffusione [19]. Il fenomeno presenta elevate potenzialità applicative nel campo dei processi chimici e di dissalazione.

ii. Circuiti a circolazione termogravitazionale
Nei confronti dei comuni impianti a circolazione forzata, la circolazione naturale di liquidi in circuito chiuso ha il vantaggio di non richiedere la presenza di macchine per assicurare il moto, che è promosso dalle forze di galleggiamento all'interno del sistema. Questa caratteristica è particolarmente importante ove sia necessario garantire il trasferimento di calore anche in condizioni di emergenza.
Tuttavia i circuiti a termosifone possono presentare condizioni di funzionamento instabile, con oscillazioni di temperatura e portata del fluido, sino ad inversione del moto [20]. Tale comportamento dipende dall'interazione non lineare tra le forze di galleggiamento e le forze viscose. Il funzionamento globale del sistema dipende inoltre dalle proprietà dei materiali utilizzati e dalla giacitura del circuito, dalle caratteristiche del fluido vettore e dei materiali, dalla presenza di perdite di carico concentrate. Tali caratteristiche sono state analizzate per via sperimentale nell'ambito di precedenti progetti [21-23], ove si sono pure creati metodi analitici e approcci basati su reti neurali per le previsioni di stabilità [24,25].
L'utilizzazione di sistemi a termosifone in nuovi ambiti, dalle applicazioni biomedicali a quelle elettroniche, richiede oggi la scalatura dei circuiti sino a diametri dei tubi dell'ordine di millimetri. Ciò comporta la necessità di assicurare la massima affidabilità del sistema anche a tali livelli dimensionali e nelle condizioni limiti di funzionamento, corrispondenti all'incipiente ebollizione. L'evenienza di fenomeni di ebollizione sottoraffreddata può infatti indurre pericolosi malfunzionamenti.
Il Programma prevede studi teorici e sperimentali dei sistemi a circolazione naturale di piccole/medie dimensioni, inclusa la scalatura della strumentazione di controllo dell'ebollizione, al fine di ottimizzarne il funzionamento.

iii. Moti convettivi in canali verticali - effetti di superficie
I moti di convezione naturale in canali verticali piano-paralleli sono della massima importanza applicativa, basti ad esempio il caso dei dissipatori alettati, e sono quindi ormai consolidate in letteratura le relative relazioni di calcolo con riferimento a superfici lisce [2].
Tali sistemi sono ancora oggetto di intensa attività di ricerca per migliorane le prestazioni, con riguardo agli effetti dell'irraggiamento, dell'inclinazione, o della presenza di appendici non riscaldate [26,27].
L'aggiunta di elementi di rugosità su una o su entrambe le pareti del canale verticale, si prospetta come potenzialmente efficace per migliorare le prestazioni di scambio termico. Sporgenze di varia forma portano ad incrementare la superficie di scambio e possono promuovere la transizione anticipata al moto turbolento, con aumento dello scambio termico. A seconda della forma, le sporgenze possono invece produrre zone di ristagno del fluido con penalizzazione dell'efficienza di scambio.
Le conseguenze della corrugazione artificiale del canale non sono quindi facilmente prevedibili in assenza di sperimentazioni sistematiche. Studi recenti hanno ad esempio dimostrato che la conducibilità termica delle protuberanze può sensibilmente influenzare le prestazioni termiche del sistema; in particolare, una minore conducibilità termica delle sporgenze sembra ridurre le zone di stagnazione del fluido a monte e a valle delle sporgenze [28-30].
Il tema viene affrontato nell'ambito di questo Progetto mediante sperimentazioni dirette e simulazioni numeriche. Esso è anche oggetto di un esperimento di ottimizzazione geometrica delle corrugazioni.

iv. Tecniche di indagine sperimentale
Lo studio sperimentale dei regimi di convezione naturale richiede l'uso di tecniche specialistiche non invasive poichè la presenza di sensori immersi rischia di influenzare la dinamica del sistema. Lo studio di sistemi non stazionari rende poi necessari metodi di adeguata risposta in frequenza e in grado di rilevare le distribuzioni delle variabili. In aggiunta, le velocità convettive tipiche per i liquidi nei sistemi di laboratorio, sono dell'ordine di pochi mm/s, con connessi problemi di accuratezza e ripetibilità.
Le sperimentazioni previste in aria faranno uso estensivo di metodi ottici. Questi consentono di visualizzare il campo termico su di un'intera regione di fluido ed hanno alta velocità di risposta.
Le tecniche ottiche sfruttano la dipendenza dalla temperatura dell'indice di rifrazione del fluido: un mezzo trasparente non isotermo produce su di un raggio luminoso che lo attraversa un cambiamento di fase e una deflessione. Il primo effetto è misurabile con tecniche interferometriche come l'interferometria olografica [31], il secondo con tecniche in grado di rilevare la deflessione della luce come la shadowgrafia e la tecnica schlieren [32].
Nel primo caso si ottengono informazioni sul campo termico e si risale al coefficiente di convezione per derivazione numerica; nel secondo si rileva il gradiente di temperatura e la ricostruzione del campo termico viene eseguita per integrazione numerica.
L'interferometria olografica sarà impiegata nell'ambito del Progetto. La tecnica, caratterizzata da elevata sensibilità, nei suoi più recenti sviluppi consente misure in tempo reale e la ricostruzione di campi termici tridimensionali mediante algoritmi di tomografia [33].
La tecnica schlieren, grazie all'evoluzione dei sistemi di elaborazione delle immagini, è oggi una metodologia molto affidabile per indagare i fenomeni convettivi, che, grazie all'uso di filtri a colori, consente di ottenere la restituzione accurata del campo termico [34].
Le due tecniche differiscono per sensibilità ed accuratezza anche in dipendenza del caso studiato; le loro prestazioni su di un medesimo test-case saranno comparate nell'ambito del presente programma.
La Ultrasound Pulsed Doppler Velocimetry (UPDV) è un'alternativa alle tecniche Particle Image Velocimetry (PIV) ed Laser Doppler Anemometry (LDA) per misure di velocità nei liquidi, specie quando è difficile l'accesso ottico alla sezione di prova. La misura si basa sulla rilevazione della frequenza Doppler prodotta dalla riflessione di onde ultrasoniche da parte di particelle in moto con il fluido. La tecnica permette di rilevare in tempo reale il profilo di velocità in direzione coassiale con la sonda [35].
L'effettiva possibilità di estendere l'impiego della UPDV allo studio dei regimi di convezione naturale resta da verificare e rientra tra gli obiettivi del Programma.

v. Tecniche di simulazione termofluidodinamica e di ottimizzazione
La fluidodinamica computazionale (CFD) offre prodotti commerciali robusti e versatili, potenzialmente in grado di affrontare lo studio di fenomenologie complesse quali quelle rappresentate dai moti transizionali di convezione naturale. Tra essi, FLUENT, CFX, FEMLAB sono correntemente impiegati dalle U.R. proponenti.
La simulazione di regimi convettivi a dipendenza temporale richiede tuttavia algoritmi di calcolo accurati almeno al secondo ordine nello spazio e nel tempo [36]. Tali proprietà non sono necessariamente garantite dai prodotti CFD. Una tecnica predittiva, appartenente alla classe dei metodi di proiezione [37], che garantisce il richiesto livello di accuratezza è stata sviluppata dalle U.R.. Il metodo, basato su discretizzazioni delle equazioni di conservazione su griglie cartesiane, è stato validato per regimi stazionari, ed impiegato con successo per lo studio di regimi transizionali. Esso consente anche il trattamento di contorni non conformi alla griglia cartesiana [38].
Il Progetto fruirà di questa ed altre tecniche di simulazione diretta [39,40].

Negli ultimi anni sono apparsi sul mercato prodotti software per ingegnerizzazione di prodotto basati su algoritmi di ottimizzazione.
Le tecniche di ottimizzazione hanno grandi potenzialità nell'ambito della progettazione termica, ma le applicazioni sono ancora limitate e non vi sono esempi di trattamento di sistemi a termogravitazione.
In termini generali, l'ottimizzazione consiste nella ricerca del miglior risultato ottenibile in un dato contesto progettuale. L'ipotesi di base è che il "beneficio" atteso sia esprimibile come funzione di alcune variabili decisionali, e l'ottimizzazione è quindi l'operazione di ricerca del massimo di tale funzione.
Tutti i processi di ottimizzazione, pur potendo basarsi su metodologie diverse [41,42], prevedono i seguenti passi: i. parametrizzazione del problema, vale a dire la selezione dei parametri che è possibile modificare nel corso dell'ottimizzazione; ii. definizione dell'intervallo di variabilità di ciascuno dei parametri; iii. scelta del modello matematico del problema, spesso costituito da un sistema di equazioni algebriche derivanti da una discretizzazione; iv. generazione di una molteplicità di soluzioni progettuali; v. identificazione, delle soluzioni ottimali in base ad un predeterminato criterio di scelta, detto anche "funzione obiettivo".
Gli approcci differiscono invece per quanto riguarda la tecnica di ricerca della soluzione ottimale. Tra essi gli algoritmi genetici accoppiati con solutori CFD [43-45] sono tra i migliori candidati per l'ottimizzazione di sistemi a convezione naturale. Il Programma include attività comparative per verificare le potenzialità delle tecniche di ottimizzazione in tale ambito. <<<