Riassunto analitico
La trasmissione del calore svolge un ruolo sempre più importante in quasi ogni settore dell’ingegneria. Tutti i componenti dei sistemi di generazione di potenza (dalle centrali termoelettriche ai motori delle automobili) implicano un trasferimento di calore da un mezzo all'altro. Infatti, molti dei macchinari e dei processi che vengono utilizzati ogni giorno utilizzano motori elettrici. Questi motori si trovano nelle fabbriche, nelle automobili, negli aeroplani, nei robot e persino nei distributori di bevande. Indipendentemente dall'applicazione, la gestione della dissipazione termica rappresenta un punto in comune ed è un aspetto di cui tenere conto durante la fase di progettazione. Sebbene questo tipo di motori sia in continua evoluzione e miglioramento, tutti sono soggetti a perdite ed inefficienze che quindi generano calore. Nella maggior parte dei casi la dissipazione termica viene ottenuta mediante raffreddamento conduttivo, grazie al quale il calore viene trasferito dal motore attraverso le testate della macchina. In altri casi si adotta la soluzione del raffreddamento convettivo con l’uso di alette realizzate sulla carcassa del motore oppure con l’uso del “Water Jacket” che consiste nella realizzazione di canali assiali o a spirale ricavati nella carcassa. In questa ricerca, invece, si è analizzata un'altra tipologia di sistema di raffreddamento che consiste nella realizzazione di condotti statorici, di forma circolare, posizionati nella parte superiore della cava degli avvolgimenti. In particolare, è stato realizzato un modello CFD, rappresentante una porzione del motore, per poter validare le proprietà fisiche dei materiali equivalenti. Successivamente è stato creato un modello analitico in cui, in base alle condizioni del moto del flusso, ovvero se si trova in regime laminare (Re < 2300) o turbolento (Re > 3000) o transitorio (2300 < Re <3000), vengono ricavati i valori delle grandezze principali (Nu, h, f, DELTAp) con delle opportune correlazioni, in modo da stimare un valore di resistenza equivalente che riproduca i condotti statorici. Ciò rappresenta ovviamente una semplificazione in quanto tutte le correlazioni valgono per flussi sviluppati sia fluidodinamicamente che termodinamicamente e non è detto che il flusso, ad un dato numero di Reynolds, si sviluppi subito poiché dipende da molte variabili. Per tale motivo si è validato il modello analitico, e quindi le correlazioni usate, confrontandolo con il modello CFD analogo. Infine, il valore della resistenza equivalente viene inserita all’interno di una rete termica che riproduce l’intero motore e vengono valutati gli effetti termici e le performances del nuovo sistema di raffreddamento rispetto alla soluzione iniziale. In ultima istanza, si è anche valutata l’efficacia di uno scambio in controcorrente tra i condotti statorici combinati con altri, di forma rettangolare, realizzati all’interno della zeppa.
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