Riassunto analitico
L'evoluzione delle tecnologie produttive ha profondamente influenzato la progettazione dei condotti di raffreddamento di turbomacchine e motori. Con le più recenti tecniche risulta sempre più semplice ricavare condotti di forma complessa direttamente all'interno di rotori o alberi. Numerosi studi hanno rilevato che per i flussi interni la rotazione assiale delle pareti gioca un ruolo importante ai fini dello scambio termico tra fluido e parete. Lo studio di tali fenomeni risulta quindi di primaria importanza per il raffreddamento di componenti rotanti provvisti di simili cavità. Per queste applicazioni l'analisi numerica si presenta come un valido strumento di indagine, ma grande attenzione deve essere prestata ai metodi scelti. I metodi più diffusi, come quelli RANS, presentano grandi limitazioni quando applicati a flussi con elevate componenti di velocità rotatorie. Nel seguente lavoro è stato perciò analizzato lo scambio termico in un condotto rotante utilizzando il software OpenFOAM, prima con approccio RANS e poi con approccio LES. Sono state quindi indagate le caratteristiche dello scambio termico risultante. Infine si è cercato di valutare se entrambi i metodi fossero capaci di rappresentare con sufficiente precisione il flusso, e quindi se fossero impiegabili, compatibilmente con il costo computazionale richiesto, per analoghe analisi condotte in ambito industriale.
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Abstract
The evolution of manufacturing technologies has profoundly influenced the design of cooling channels for turbomachinery and engines. With the latest techniques, it is becoming increasingly easier to create complex-shaped channels directly inside rotors or shafts. Numerous studies have shown that for internal flows, the axial rotation of the walls plays an important role in determining the heat transfer between the fluid and the wall. Therefore, the study of such phenomena is of paramount importance for the cooling of rotating components with similar cavities. For these applications, numerical analysis is a valuable tool for investigation, but great care must be taken in selecting appropriate methods. The most commonly used methods, such as RANS, have significant limitations when applied to highly rotating flows. In the present work, the heat transfer in a rotating channel was analyzed using OpenFOAM software, first with a RANS approach and then with an LES approach. The resulting heat transfer characteristics were investigated. Finally, we attempted to assess whether both methods were capable of representing the flow with sufficient accuracy and therefore whether they could be used for similar analysis on an industrial level given their difference in computational cost.
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