RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Studio e ottimizzazione di sistemi termici a controllo termogravitazionale

Università di riferimento

Università degli Studi de L'AQUILA - INGEGNERIA MECCANICA, ENERGETICA E GESTIONALE - L'AQUILA(AQ)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Dario AMBROSINI

Descrizione

L'attività della U.R. di L'Aquila sarà di natura prevalentemente sperimentale. Nel corso degli anni questa U.R. ha implementato diverse tecniche diagnostiche totalmente non intrusive, quali l'interferometria olografica, descritta nella Base di Partenza Scientifica, e la sua versione totalmente digitale, detta olografia elettro-ottica.
Il programma di lavoro prevede di investigare gli scambi termici convettivi in canali aperti ed il campo termico (transitorio e stazionario) indotto da sorgenti cilindriche in cavità. Le indagini avverranno in stretta collaborazione con l'U.R. di Genova e con quelle di Modena-Reggio Emilia e Trieste, così da costituire una sinergia in grado di affrontare i casi di studio da molteplici punti di vista sperimentali e numerici, come meglio dettagliato nella descrizione delle fasi seguenti.

Fase 1)

In questa fase l'attività della U.R. sarà dedicata ai seguenti temi:

a) scambio termico in convezione libera in cavità parzialmente aperte: caso particolare dei canali con promotori di turbolenza conduttivi;

b) caratterizzazione del campo termico convettivo, transitorio e stazionario, da sorgenti cilindriche in regimi a basso numero di Rayleigh.

Il tema a) sarà svolto in stretta collaborazione con l'U.R. di Genova, utilizzando la stessa sezione di prova. Tale sezione è costituita da un canale verticale formato da una parete piana, riscaldata a temperatura costante, e da una parete piana adiabatica. La superficie esposta al deflusso sarà provvista di sporgenze trasversali, a sezione rettangolare e/o quadrata, realizzate in alluminio.
Presso la U.R. di L'Aquila è disponibile una apparecchiatura di interferometria olografica (vedi Base di Partenza Scientifica) mentre presso la U.R. di Genova è disponibile una apparecchiatura Schlieren (vedi Base partenza Scientifica Genova). Come evidenziato nella Base di Partenza Scientifica, le due tecniche rilevano grandezze diverse e sono per così dire complementari. Possono quindi essere utilmente affiancate per confronto dei risultati sperimentali e soprattutto, date le diverse caratteristiche, per ottenere maggiori informazioni sul fenomeno. Le due U.R. hanno già collaborato in passato, con una metodologia che trova pochissimi riscontri in letteratura per gli studi di convezione naturale, determinando il coefficiente di scambio termico convettivo in canali verticali a pareti lisce (vedi i lavori A-D).
Come descritto altrove (vedi Base partenza Scientifica Genova), la tecnica Schlieren fornisce direttamente il coefficiente convettivo h. Utilizzando la tecnica della interferometria olografica verranno acquisite le mappe del campo termico, visualizzato in termini di linee iso-temperatura, delle configurazioni sperimentali di interesse. L'elaborazione di tali mappe consentirà di ottenere i parametri termici (T e h) caratteristici del fenomeno e di sviluppare le relative correlazioni adimensionali.
Tutti i dati sperimentali ottenuti dalla campagne di misura di Genova e L'Aquila sui canali con ribs conduttivi verranno forniti alle U.R. di Modena-Reggio Emilia e Trieste per simulazioni numeriche con diversi codici.

Il tema b) sarà svolto in stretta collaborazione con l'U.R. di Modena-Reggio Emilia. Come precisato nella Base di Partenza Scientifica, l'attuale stato dell'arte, per la convezione da cilindri in regimi a basso numero di Rayleigh, risulta carente per quanto riguarda il numero di dati sperimentali e lo studio degli effetti della capacità termica sui transitori in avvio.
Le indagini sperimentali impiegheranno tecniche interferometriche per ottenere le mappe dei campi termici e riprese digitali per seguire il fenomeno nel tempo. Le prove verranno condotte al variare del diametro dei cilindri e del flusso termico imposto.
Lo scopo è quello di formulare una teoria fenomenologica ed acquisire dati quantitativi da confrontare con i risultati ottenuti attraverso simulazioni numeriche dirette e/o con codici commerciali. Questa parte dell'attività verrà svolta in collaborazione con l'U.R. di Modena – Reggio Emilia, che si occuperà delle simulazioni numeriche con diversi codici di calcolo.


Fase 2)

Nella fase 2), in accordo con le altre U.R., si procederà alla sistematizzazione dei dati ottenuti nella fase 1) volta anche alla individuazione di correlazioni semi-empiriche per il coefficiente di scambio termico convettivo.
Sarà inoltre effettuata, ancora in stretta collaborazione con l'U.R. di Genova e ancora sulla stessa sezione, una approfondita campagna di misure su un canale verticale con promotori di turbolenza non conduttivi.
I dati ottenuti dovrebbero consentire di evidenziare gli effetti della geometria dei ribs, della loro natura e delle condizioni al contorno (spaziatura del canale, differenza di temperatura tra parete e ambiente) sulle prestazioni termiche.
Analogamente a quanto previsto nella fase 1), anche questi dati sperimentali verranno forniti alle U.R. di Modena-Reggio Emilia e Trieste per le relative simulazioni numeriche e la successiva messa a punto di procedure di ottimizzazione, volte a caratterizzare la geometria (dimensione, forma e passo delle sporgenze) migliore dal punto di vista termico.
Infine, come naturale completamento delle attività previste nelle fasi 1) e 2) e basandosi sulle competenze maturate da questa U.R. negli anni recenti, si potranno valutare anche tecniche innovative e/o ottimizzate e schemi alternativi per il trattamento dei dati con minimizzazione degli errori nella determinazione del campo termico e del coefficiente convettivo h.