Il banco prova qui presentato è stato progettato e dimensionato in seguito a precedenti ricerche ed in particolare al progetto "nano coated Heat ExchAnger with improved Thermal performances" (HEAT) [1] che ha riguardato lo studio di rivestimenti nano strutturati applicati a scambiatori di calore. Il progetto è stato rivolto verso l'ambito produttivo della meccatronica e motoristica dato che l'evoluzione dei sistemi propulsivi coinvolge necessariamente anche l'evoluzione dei sistemi ausiliari come gli scambiatori di calore. In particolare nell'ambito delle macchine movimento terra proprio a causa dell'impiego gravoso a cui sono destinate queste macchine l'utilizzo di scambiatori di calore più performanti diventa importante. L'impiego di scambiatori di calore più efficienti e con prestazioni ottimizzate giocherà un ruolo chiave anche nell'orientamento tematico delle soluzioni ecologiche. L'ottimizzazione delle prestazioni degli scambiatori di calore è necessaria nell'ottica di utilizzare componenti più piccoli e leggeri - ma più efficienti - in grado di rispondere alle esigenze dei progettisti di motori dalle caratteristiche sempre più estreme. L'impiego di rivestimenti superidrofobici/oleofobici - repellenti ad acqua/oli - in grado di aumentare l'efficienza dello scambio termico è stato solo di recente indagato nel progetto CHINA (Customized Heat exchanger with Improved Nano-coated surface for earth moving machines Applications), nell'ambito dei Progetti Bandiera (FoF) finanziati dal MIUR [2] e [3]. L'obiettivo del progetto è stato quello di (i) depositare rivestimenti superidrofobici/oleofobici su elementi interni di scambiatori di calore per macchine movimento terra; (ii) ottimizzare la fluidodinamica dei componenti atti alla movimentazione (ventole) e distribuzione (convogliatori) del flusso d'aria; (iii) verificare le prestazioni in un ambiente strutturato. Il fine ultimo del progetto è stato la validazione e la dimostrazione della tecnologia in ambiente di laboratorio, la sperimentazione in ambiente industriale nell'ottica di incrementare l'efficienza degli scambiatori e garantire, a parità di scambio termico, una consistente riduzione delle dimensioni. Lo studio dei rivestimenti su scambiatori di calore a piastre ha portato a conclusioni contradditorie [1] e [4]. Per tutti i casi di portate e temperature analizzati solo in pochi si è visto un miglioramento delle prestazioni. La geometria interna abbastanza elaborata dello scambiatore non ha permesso di capire i fattori di influenza chiave del processo. In altre parole le condizioni di slip flow che analiticamente dovrebbero portare ad un incremento del flusso termico scambiato è noto che avvengono in condizioni di regime laminare, tipo di moto che dovrebbe generarsi tra le piastre degli scambiatori essendo distanti pochi millimetri. Nelle analisi effettuate seppure siano state fatte per velocità medie riconducibili ad un regime laminare tra le piastre degli scambiatori non è stato possibile valutare gli effetti dei condotti di ingresso e di uscita. In altre parole si è concluso che a causa della geometria interna dello scambiatore si sarebbero potute generare delle turbolenze localizzate tali da alterare le condizioni di slip flow. Si è pensato così di sviluppare un nuovo banco prova, presentato in questa relazione, con il quale misurare il flusso termico in un condotto molto lungo e di sezione ridotta. In modo da porci in condizioni di analisi e geometriche più semplici e indipendenti dall'effetto "bordo".
Realizzazione di un banco prova per misure termofluidodinamiche su condotti rettilinei.
Andrea Cavallini;Cristian Ferrari
2020
Abstract
Il banco prova qui presentato è stato progettato e dimensionato in seguito a precedenti ricerche ed in particolare al progetto "nano coated Heat ExchAnger with improved Thermal performances" (HEAT) [1] che ha riguardato lo studio di rivestimenti nano strutturati applicati a scambiatori di calore. Il progetto è stato rivolto verso l'ambito produttivo della meccatronica e motoristica dato che l'evoluzione dei sistemi propulsivi coinvolge necessariamente anche l'evoluzione dei sistemi ausiliari come gli scambiatori di calore. In particolare nell'ambito delle macchine movimento terra proprio a causa dell'impiego gravoso a cui sono destinate queste macchine l'utilizzo di scambiatori di calore più performanti diventa importante. L'impiego di scambiatori di calore più efficienti e con prestazioni ottimizzate giocherà un ruolo chiave anche nell'orientamento tematico delle soluzioni ecologiche. L'ottimizzazione delle prestazioni degli scambiatori di calore è necessaria nell'ottica di utilizzare componenti più piccoli e leggeri - ma più efficienti - in grado di rispondere alle esigenze dei progettisti di motori dalle caratteristiche sempre più estreme. L'impiego di rivestimenti superidrofobici/oleofobici - repellenti ad acqua/oli - in grado di aumentare l'efficienza dello scambio termico è stato solo di recente indagato nel progetto CHINA (Customized Heat exchanger with Improved Nano-coated surface for earth moving machines Applications), nell'ambito dei Progetti Bandiera (FoF) finanziati dal MIUR [2] e [3]. L'obiettivo del progetto è stato quello di (i) depositare rivestimenti superidrofobici/oleofobici su elementi interni di scambiatori di calore per macchine movimento terra; (ii) ottimizzare la fluidodinamica dei componenti atti alla movimentazione (ventole) e distribuzione (convogliatori) del flusso d'aria; (iii) verificare le prestazioni in un ambiente strutturato. Il fine ultimo del progetto è stato la validazione e la dimostrazione della tecnologia in ambiente di laboratorio, la sperimentazione in ambiente industriale nell'ottica di incrementare l'efficienza degli scambiatori e garantire, a parità di scambio termico, una consistente riduzione delle dimensioni. Lo studio dei rivestimenti su scambiatori di calore a piastre ha portato a conclusioni contradditorie [1] e [4]. Per tutti i casi di portate e temperature analizzati solo in pochi si è visto un miglioramento delle prestazioni. La geometria interna abbastanza elaborata dello scambiatore non ha permesso di capire i fattori di influenza chiave del processo. In altre parole le condizioni di slip flow che analiticamente dovrebbero portare ad un incremento del flusso termico scambiato è noto che avvengono in condizioni di regime laminare, tipo di moto che dovrebbe generarsi tra le piastre degli scambiatori essendo distanti pochi millimetri. Nelle analisi effettuate seppure siano state fatte per velocità medie riconducibili ad un regime laminare tra le piastre degli scambiatori non è stato possibile valutare gli effetti dei condotti di ingresso e di uscita. In altre parole si è concluso che a causa della geometria interna dello scambiatore si sarebbero potute generare delle turbolenze localizzate tali da alterare le condizioni di slip flow. Si è pensato così di sviluppare un nuovo banco prova, presentato in questa relazione, con il quale misurare il flusso termico in un condotto molto lungo e di sezione ridotta. In modo da porci in condizioni di analisi e geometriche più semplici e indipendenti dall'effetto "bordo".I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
