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ENEA - divisione Fusione

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ANALISI AD ELEMENTI FINITI di campi elettromagnetici

La Sez. FUS-ING è impegnata dal 1990 nello studio di campi elettromagnetici, comunque variabili nel tempo, anche tramite il codice ad elementi finiti ANSYS© . L’attività principale riguarda il calcolo di grandezze elettromagnetiche e termomeccaniche in sistemi con più avvolgimenti induttori mutuamente accoppiati, sia in regime permanente che transitorio.
Per quanto riguardano le applicazioni nel campo della ricerca termonucleare controllata si citano:

  1. studio del riscaldamento del limiter nel Tokamak FTU;
  2. studio dell’effetto prodotto sul controllo della posizione del plasma nel Tokamak IGNITOR dalle correnti vortice presenti nelle bobine induttrici prossime al plasma stesso; per questa attività è stato simulato in dettaglio il sistema di tutte le 14 bobine di IGNITOR;
  3. nell’ambito del progetto internazionale ITER è stato sviluppato il sistema di ispezione interna IVVS (In Vessel Viewing System) che opera tramite la scansione , su un angolo solido di 360°, di un fascio laser tramite un prisma in quarzo con un coating in oro di pochi micron. E’ stato studiato l’effetto frenante provocato dal campo magnetico di ITER (5T) sul movimento del prisma ai fini del dimensionamento del sistema di movimentazione del prisma stesso;
  4. per l’esperimento PROTO-SFERA è stata effettuata l’analisi della influenza delle "eddy-current" sul campo magnetico poloidale.

I sistemi di calcolo ed analisi elettromagnetica ad elementi finiti, sviluppati,
con il contributo comunitario, nell' ambito della Ricerca sulla Fusione
Termonucleare Controllata sono stati anche applicati ad attività; industriali.
Come esempio principale si cita lo studio di ottimizzazione dei parametri
di progetto e funzionamento di un forno ad induzione elettrica, parte del processo innovativo per la produzione di coil sottili di acciaio speciale, I.S.P., presso le acciaierie ARVEDI di Cremona.
L’attività ha comportato lo studio del processo di diffusione del calore all’interno della bramma sottile in movimento sotto le varie sezioni in serie del forno in questione.

Modello 3D della lastra di acciaio laminatoModello 3D della lastra di acciaio laminato.
Click sull'immagine per la spiegazione ed animazione del processo di
diffusione del calore!


Lo strumento ottenuto permette di legare tra loro i vari parametri di produzione (natura, spessore e velocità della bramma; numero di spire e numero di moduli del forno nonché la loro posizione relativa; intensità e frequenza della corrente nelle bobine del forno), tenendo conto degli elementi magnetici passivi presenti nel sistema. I risultati ottenuti dalla simulazione sono risultati in ottimo accordo con le rilevazioni sperimentali.

 

[Click sull'immagine per la spiegazione ed animazione del processo di diffusione del calore]

Questa attività è stata ufficialmente riconosciuta dalla Comunità Europea come caso di spin-off verso l’industria delle attività svolte nel campo della Fusione Nucleare.
Per poter utilizzare al meglio le potenzialità del codice, è stato istituito un filo diretto con gli specialisti dell'ANSYS©, Inc. Global Headquarter a Canonsburg, Pensylvania, USA. Questo ha portato, tra l’altro, la Ditta ANSYS© a migliorare alcuni elementi circuitali usati nella simulazione.