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Il moto di "cocktail shaking" che si instaura all'interno della gallery, per pistone raffreddato tramite oil-gallery, è molto complesso da indagare sperimentalmente, sia dal punto di vista dinamico che termico. Per questo motivo, gli studi presenti in letteratura che mirano ad indagare l'efficacia di raffreddamento per questo metodo sono molto ridotti. La Computational Fluid Dynamics (CFD) risulta uno strumento molto utile nello studio di fenomeni complessi come quello all’interno della gallery. In particolare, in questo lavoro di tesi, verranno utilizzati tre approcci diversi per la valutazione dell’heat transfer coefficient (HTC): Volume of Fluid (VOF), Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) e Moving Particle Simulation (MPS). In particolare, tramite l’approccio VOF vengono costruiti due modelli, VOF Overset e VOF Sloshing.
Da un confronto delle prestazioni termiche, in termini di HTC mediato su un ciclo di rivoluzione, tra i vari modelli si è osservata una sovrastima, fino al 110.6%, per il modello MPS, una sottostima, fino al 78,4%, per il modello SPH e del 5.8% per il modello VOF Sloshing rispetto al VOF Overset (HTC_mean=536 W⁄(m^2-K) @15 revolutions). I risultati precedenti sono stati confrontati con la correlazione empirica di Bush e London, per la stima dell’HTC medio sulla gallery, e con la correlazione di Stevens e Webb per la stima del Numero di Nusselt in corrispondenza dell’impingement zone.
Dagli HTC calcolati tramite i precedenti modelli, è stata effettuata un’analisi termica del pistone, tramite la realizzazione di un modello opportunamente calibrato rispetto a dati sperimentali dalla letteratura. Si effettua un confronto tra i modelli VOF e MPS, dal punto di vista della riduzione di temperatura massima e media rispetto al caso senza alimentazione della gallery. Si ottiene un riduzione di temperatura massima di 21°C e 35°C. e della temperatura media di 14°C e 23°C rispettivamente per i modelli VOF Overset e MPS.
Un’ulteriore valutazione delle capacità termiche per i tre approcci è stata effettuata tramite confronto con i dati sperimentali di Lienhard et al. per un caso di Water Jet Impingement, e con la correlazione di Stevens e Webb. In particolare, per il modello VOF, si è studiata l’influenza dello spessore delle celle a parete, utilizzando un approccio High Reynolds, che ha rivelato una non corretta valutazione del flusso termico a parete per spessori molto elevati. Inoltre, lo studio effettuato su tre diversi modelli di turbolenza (k-ϵ, k-ω, v2f), con un approccio Low Reynolds, ha evidenziato una maggior accuratezza per il modello v2f, con un errore medio e massimo rispettivamente del 7.79% e 27.36% rispetto ai dati sperimentali. Viene poi effettuato un confronto tra gli approcci a particelle con i dati sperimentali, a parità di dimensione delle particelle, risultando un errore nella valutazione del Numero di Nusselt in corrispondenza dell’impingement zone dell’88.47% per SPH e del 67.75% per MPS. Per il modello SPH viene inoltre effettuata una sensitività alla dimensione delle particelle, rivelando un aumento del Numero di Nusselt in corrispondenza dell’impingement zone al diminuire della dimensione delle particelle, senza alcuna influenza nella regione a r⁄d>2, dove il Numero di Nusselt si mantiene sempre a valori vicini a 0.
Infine, dall’infittimento della mesh a parete per il modello VOF Sloshing si ottiene un notevole aumento dell’HTC rispetto al caso di partenza (+91.62%), portando ad una riduzione della temperatura media e massima per il pistone rispettivamente di 27°C e 44°C.

The “cocktail shaking” motion which takes place into the gallery, for an oil-gallery cooled piston, is very difficult to investigate experimentally, both dynamically and thermally. For this reason, the literature studies investigating this method cooling efficiency are very few. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is a very useful tool for investigating complex phenomena such as the “cocktail shaking” motion into the galley. In this thesis work, three different approaches will be employed for the heat transfer coefficient (HTC) evaluation: Volume of Fluid (VOF), Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) and Moving Particle Simulation (MPS). For the VOF Approach, two different models are created: VOF Overset and VOF Sloshing. Comparing the different thermal behaviour of the models in terms of the mean HTC, averaged on a revolution cycle, it was observed an overestimation up to 110.6% using MPS, and an underestimation up to 78.4% for SPH approach and up to 5.8% for the VOF Sloshing model with respect to the VOF Overset (HTC_mean=536 W⁄(m^2 K) @15 revolutions). The previous results are compared with the empirical Bush-London correlation, for the mean HTC estimation into the gallery, and with the Stevens and Webb correlation, for the estimation of Nusselt Number in the impingement zone. From the HTC fields previously evaluated, a thermal piston analysis was conducted, by means of a model properly calibrated against experimental data from the literature. Comparing VOF and MPS models in terms of the max and mean piston temperature reduction to the case with not-fed gallery, a reduction of 21°C, 23°C and 35°C, for the max temperature, and of 14°C, 16°C and 23°C, for the mean temperature, was obtained, respectively for the VOF Overset, VOF Sloshing and MPS models. A further evaluation of thermal capabilities for the three approaches was conducted through a comparison with the Lienhard et al. experimental data for Water Jet Impingement, and with the Stevens and Webb correlation. For the VOF model, the effect of the prism layer near wall thickness on the local Nusselt Number, through a High Reynolds approach, was investigated, revealing a not-correct wall heat flux evaluation for large thicknesses. Furthermore, the study carried out on three different turbulence model (k-ϵ,k-ω,v2f), through a Low Reynolds approach, revealed a better accuracy for the v2f model, which shows a mean and max error respectively of 7.79% and 27.36% compared to the experimental data. A comparison between the particle methods and the experimental data was conducted, with the same particle size, showing an error of 88.47% for SPH and 67.75% for MPS in the the Nusselt Number prediction for the impingement zone. For the SPH model, a particle size sensitivity was also conducted, revealing a Nusselt Number growth near the impingement zone reducing the particle size, with no influence in the region at r⁄d>2 where Nusselt Number remains at values close to zero. In the end, by the prism layer refinement for the VOF Sloshing model, an increase of the HTC was obtained compared to the starting model (+91.62%), achieving a mean and max temperature reduction of 27°C and 44°C.