Riassunto analitico
I motori a combustione interna sono macchine che convertono l'energia termica generata dall'ossidazione del carburante in energia meccanica. Questo processo ha un'efficienza piuttosto bassa e parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore. Nei motori ad alte prestazioni, questo carico termico e gli elevati carichi meccanici si sovrappongono, portando a fenomeni di fatica termo-meccanica. Da questo punto di vista, la gestione termica diventa un aspetto da non sottovalutare. Il dimensionamento dei circuiti di raffreddamento è una sfida impegnativa, in quanto la temperatura del fluido è vicina alla saturazione e c'è la possibilità che si formi un film di vapore che agisce da barriera per il calore. Al giorno d'oggi, il metodo migliore per la progettazione del sistema di raffreddamento è l'analisi fluidodinamica computazionale, nella quale è possibile considerare, non solo la dinamica del fluido, ma anche la formazione di bolle o film di vapore. Nonostante l'elevata precisione, l'analisi CFD ha un grosso svantaggio: richiede un'elevata potenza di calcolo e un lungo tempo di simulazione. In questa tesi, viene sviluppata una metodologia che consente, attraverso correlazioni empiriche, di tenere conto della variazione del coefficiente di scambio termico fluido-parete, dovuta all'insorgere di fenomeni di nucleate boiling, nell'analisi termomeccanica agli elementi finiti. In questo modo, è possibile stimare la presenza di boiling nelle prime fasi di progettazione della testa del motore, quando le analisi CFD bifase sono troppo costose e richiedono troppo tempo, ottenendo migliori risultati termici nelle prime simulazioni strutturali. La letteratura è stata studiata per trovare la migliore correlazione empirica per il boiling in termini di accuratezza e semplicità. Poi, le correlazioni empiriche scelte vengono applicate direttamente all'interno del software FEM attraverso una user subroutine. In particolare, in questa tesi è stato preso in considerazione il software Dassault Systems Abaqus. Questa funzione è uno strumento forte che aiuta l'utente a risolvere problemi non standard.
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