Riassunto analitico
Il circuito di raffreddamento riveste un ruolo cruciale nel controllo termico di un motore a combustione interna ad alte prestazioni, garantendo un’efficace dissipazione del calore e il mantenimento di temperature operative ottimali. Negli ultimi anni, con l’aumento delle potenze specifiche, lo studio dell’ebollizione del liquido refrigerante ha suscitato un interesse crescente. Se adeguatamente controllato, questo fenomeno può infatti migliorare lo scambio termico a parete e ottimizzare l’efficienza del sistema di raffreddamento.
Per una progettazione accurata, è quindi fondamentale disporre di modelli affidabili capaci di prevedere le zone di ebollizione e la distribuzione dei flussi termici. A tal fine la fluidodinamica computazionale (CFD) rappresenta uno strumento fondamentale per condurre un’analisi di scambio termico coniugato (CHT) che consenta di valutare le complesse interazioni termo-fluidodinamiche presenti all’interno del sistema.
Il seguente lavoro di tesi si concentra inizialmente sull’analisi del campo termico calcolato in una specifica condizione operativa del motore, con l’obiettivo di valutare l’influenza dei modelli di ebollizione a parete e dalle condizioni al contorno termiche applicate. Questo studio è stato reso possibile grazie al confronto con i dati sperimentali raccolti tramite le termocoppie installate sul banco prova aziendale.
Successivamente, l’attenzione si sposterà sull’analisi più dettagliata del fenomeno dell’ebollizione all’interno del circuito, esaminando la distribuzione delle grandezze fisiche caratteristiche e mettendo in evidenza le differenze tra i diversi approcci multifase adottati. La capacità di prevedere con precisione le aree in cui avviene l’ebollizione riveste un ruolo centrale in questo studio. Evidenze sperimentali hanno infatti mostrato la presenza di erosione superficiale su specifiche zone della testa del motore, la cui localizzazione dipende dalle condizioni operative e dalla geometria del circuito di raffreddamento. Dall’analisi condotta emerge una correlazione diretta tra queste zone e la presenza del fenomeno di ebollizione. Pertanto, l’obiettivo finale del lavoro è sviluppare una nuova teoria in grado di correlare l’insorgenza di danni superficiali con particolari condizioni che si verificano durante il collasso delle bolle generate dal processo di ebollizione. Su questa base, viene proposto un innovativo modello di erosione, capace di individuare con accuratezza le zone del circuito soggette a un rischio di danneggiamento. Questo approccio, oltre a migliorare la comprensione del fenomeno, fornisce una metodologia di analisi CFD utile per la progettazione e l’ottimizzazione del circuito di raffreddamento, riducendo il rischio di guasti prematuri e migliorando le prestazioni complessive del sistema.
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