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PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Unità di Ricerca
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
Classificazione geografica
Bibliografia
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[19] Utriainen E., Sundèn B., 2001 “A comparison of some heat transfer surfaces for small gas turbine recuperators” Proceedings of ASME TurboExpo 2001, June 4-7, 2001, New Orleans, Louisiana

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[21] Curzio E.L., Maziasz P.J., Pint B.A., 2002 “Test facility for screening and evaluating candidate materials for advanced microturbine recuperators” Proceedings of ASME TurboExpo 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

[22] Hubert A., Prieels L., 2002 “The ACTE spiral recuperator for gas turbine engines” Proceedings of ASME TurboExpo 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

[23] Lagerstrom G., Xie M., 2002 “High performance & cost effective recuperator for micro-gas turbines“ Proceedings of ASME TurboExpo 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

[24] Proeschel R., 2002 “PROE 90TM recuperator for microturbine applications” Proceedings of ASME TurboExpo 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands

[25] Takase K., Furukawa H., 2002 “A preliminary study of an inter-cooled and recupeartive microgasturbine below 300 kW“ Proceedings of ASME TurboExpo 2002, June 3-6, 2002, Amsterdam, The Netherlands
Parole Chiave
SCAMBIATORE DI CALORE; OTTIMIZZAZIONE; MICROTURBINE A GAS; RIGENERATORE

Progettazione robusta di scambiatori di calore

Università degli Studi di Trieste
Abstract
In questo progetto si intendono sviluppare metodologie numeriche innovative sia relativamente alla simulazione numerica dello scambio termico che relativamente alle tecniche di ottimizzazione.
Nell'ambito della simulazione si intende utilizzare software di uso industriale per la simulazione di geometrie complesse (CFX) e contestualmente sviluppare un codice proprietario basato su SFEM+IBM (Spectral Finite Element + Immerse Boundary Methods) per problematiche conduttive.
Nell'ambito dell'ottimizzazione si intende sviluppare una nuova metodologia per la progettazione robusta, in grado cioé di identificare soluzioni progettuali che non risentano di modeste variazioni ambientali o altre fonti di inaccuratezza.
Le tecnologie sviluppate, integrate poi sulla piattaforma di progettazione modeFRONTIER, consentiranno di ottimizzare uno scambiatore rigenerativo per una micro turbina a gas.
Alcuni elementi delle geometrie ottimali verranno poi utilizzati per validare, in similitudine, i risultati numerici ottenuti.

Il progetto si articola in sei fasi principali: due sotto la responsabilità dell’unità operativa 1 e quattro sotto la responsabilità dell’unità operativa 2.
Compiti e fasi dell’unità operativa 1 sono:
- lo sviluppo di una metodologia innovativa di simulazione
- la validazione numerica delle tecniche di ottimizzazione adottabili per problematiche di scambio termico
Compiti e fasi >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Carlo POLONI Università degli Studi di TRIESTE
Obiettivo del Programma di Ricerca
L'ottimizzazione di forma costituisce una strategia molto efficace ai fini dell'incremento dell'efficienza dello scambio termico in svariate applicazioni industriali, quali il raffreddamento di turbine a gas, gli scambiatori di calore "compatti" ed il raffreddamento di componenti elettronici. Tutte queste applicazioni
condividono l'esigenza comune di ottenere un buon rapporto tra efficienza di scambio termico ed efficienza idrodinamica. Tuttavia, ci sono altri aspetti da considerare, quali la resistenza allo sporcamento e la semplicità realizzativa.

In questo contesto, la Fluidodinamica Computazionale (CFD) è uno strumento consolidato per predire il comportamento di dispositivi di scambio termico e per testare diverse alternative progettuali, limitando la realizzazione di costosi tests sperimentali.

Questo progetto di ricerca ha come obiettivo lo sviluppo di una metodologia integrata e innovativa per la progettazione dettagliata di scambiatori di calore compatti e l'applicazione di tale metodologia alla progettazione di un componente di rilevanza industriale.

La progettazione meccanica tradizionale porta tipicamente alla definizione di una soluzione "fattibile" che soddisfa le specifiche di progetto ma è chiaro che questo approccio non necessariamente comporta la realizzazione di componenti "ottimi".
In tempi recenti l'impiego di avanzate tecniche di ottimizzazione ha reso possibile l'automazione del processo di >>>

Risultati parziali attesi
Il principale risultato della prima fase sarà la verifica della fattibilità di un metodo numerico innovativo per il calcolo di scambiatori di calore basato su SFEM+IBM su casi 2D.Il principale risultato di questa fase sarà lo sviluppo di una metodologia di ottimizzazione basata sulla integrazione tra SFEM+IBM e modeFRONTIER applicata a casi 2D.Durante questa fase saranno definite le condizioni di progetto del rigeneratore necessarie per il dimensionamento preliminare dello scambiatore, e saranno individuate le possibili fluttuazioni stocastiche indotte.Durante questa fase saranno definite le metodologie numeriche per poter sviluppare un criterio di progettazione, sulla base delle strategie di Robust Design.Risultato della fase sarà la definizione di un modello parametrico complessivo dei canali dello scambiatore di calore in esame, e la successiva progettazione mediante ottimizzazione, seguendo una metodologia multi obiettivo e di robust design.Risultato della fase sarà la verifica sperimentale su modelli semplificati e in condizioni di similitudine delle prestazioni previste per lo scambiatore progettato.

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
L'ottimizzazione di forma costituisce una strategia molto efficace ai fini dell'incremento dell'efficienza dello scambio termico in svariate applicazioni industriali, quali il raffreddamento di turbine a gas, gli scambiatori di calore "compatti" ed il raffreddamento di componenti elettronici. Tutte queste applicazioni condividono l'esigenza di ottenere un buon rapporto tra efficienza di scambio termico ed efficienza idrodinamica. Tuttavia, ci sono altri aspetti da considerare, quali la resistenza allo sporcamento e la semplicità realizzativa. In questo contesto, la Fluidodinamica Computazionale (CFD) è uno strumento consolidato per predire il comportamento dei dispositivi di scambio termico e per testare diverse alternative progettuali, limitando la realizzazione di costosi
tests sperimentali.
Una vasta letteratura dimostra l'esigenza di adeguate tecniche di ottimizzazione di forma; ad esempio in [1] è stato considerato uno scambiatore di calore a piastre, costituito da piastre ondulate; la lunghezza d'onda, la distanza tra le piastre, l'angolo di inclinazione tra le direzioni delle ondulazioni ed il numero di Reynolds erano assunti come parametri di ottimizzazione ed erano modificati al fine di determinare la configurazione "ottimale". L'incremento dello scambio termico tra un fluido ed una superficie può anche essere conseguito applicando dei "generatori di turbolenza" [2,3], comunemente adottati negli scambiatori a tubi alettati al fine di incrementare il >>>