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Nell’ambito della gestione termica dei motori elettrici destinati al settore automotive, fra le diverse soluzioni possibili, trova spazio l’iniezione di getti d’olio di raffreddamento diretti sulle parti attive del motore. Tali getti portano alla formazione di film liquidi sottili sugli avvolgimenti dello statore, che vengono quindi raffreddati per convezione.
Questo lavoro rappresenta il primo approccio alla simulazione numerica di questi film liquidi sottili con il metodo volume of fluid (VOF) per flussi bifasici incomprimibili implementato nella versione 2.4 del software Converge. Sulla base di una configurazione sperimentale disponibile in letteratura, sono stati simulati film liquidi laminari (Re = 2.6 – 4.9 - 5.8) su una piastra inclinata. Sono stati analizzati aspetti prettamente idrodinamici come lo spessore del film liquido e il profilo di velocità oltre che aspetti termici, come il profilo di temperatura e il coefficiente di scambio termico. I risultati idrodinamici sono stati validati sulla base di misure sperimentali ed analitiche disponibili. Queste ultime sono state derivate dalla teoria di Nusselt.
Per individuare il corretto setup numerico necessario alla simulazione di tali flussi, è stato osservato e discusso l’impatto di una serie di parametri numerici e fisici sui risultati. Per primo è stato fatto uno studio sulla convergenza della soluzione in funzione della mesh di calcolo, in modo da ottenere sufficiente accuratezza dei risultati contestualmente ad una ragionevole durata di calcolo. Sono stati testati l’impatto dei time-steps e del rapporto di forma delle celle per soluzioni sia stazionarie che transitorie. In aggiunta, sono stati comparati due differenti approcci per rappresentare l’inclinazione del dominio di calcolo. Sono riportate differenze sostanziali nei risultati, non ancora spiegate, di questi due approcci. È stata altresì valutata la possibilità di sfruttare la tecnica dell’adaptive mesh refinement (AMR): nonostante un risparmio notevole in termini di tempi di calcolo, sono state osservate piccole differenze nei risultati sia idrodinamici che termici. Per raggiungere gli obiettivi di accuratezza prefissati, è ritenuta necessaria un’ottimizzazione del setup della AMR.
Dopo aver testato una serie di parametri prettamente numerici, il setup definito come miglior compromesso è stato utilizzato per valutare gli effetti del numero di Reynolds sul comportamento del film liquido: le soluzioni sono risultate coerenti con le aspettative sia per quanto riguarda gli spessori e i profili di velocità, che per i profili di temperatura e i coefficienti di scambio termico.

Among different strategies for the thermal management of automotive electric motors, the oil cooling by direct impingement on motor active parts is one of the most interesting. Oil jests lead to the formation of thin liquid film flowing over the stator’s end windings, which are then cooled down by convection. The present work represents a first approach to the numerical simulation of these thin films by using the volume of fluid (VOF) method for two-phase incompressible flows available in the commercial software CONVERGE. Based on an experimental setup available in literature, laminar flows (Re = 2.6 – 4.9 - 5.8) over a heated inclined plate have been simulated. Film thicknesses and velocity profiles have been calculated and analysed as well as thermal aspects, such as temperature profiles and heat transfer coefficients. Simulations results over hydrodynamics aspects have been validated based on experimental measurements and analytical results. The latter have been derived from Nusselt’s theory. In order to define the proper simulation setup, the influence of a series of numerical and physical parameters have been evaluated and discussed. At first, a mesh convergence study has been made to provide sufficient accuracy along with reasonable CPU-time. Time-steps and cells size aspect ratio impact have been then tested for steady and transient solutions. Furthermore, two different computational domain orientations have been compared, and not negligible differences, still not explained, are reported. The possibility to rely on the adaptive mesh refinement (AMR) has also been evaluated: despite relevant CPU-time saving, slight results differences were observed on both hydrodynamics and thermal aspects. In order to meet the solution accuracy requirements, an optimization on the AMR setup was retained to be necessary. Once a series of numerical parameters have been tested, the best identified compromise in terms of CPU-time and results accuracy was used to evaluate the Reynolds number’s effect on the film behaviour: results met the expectations on film velocity profiles and thicknesses, as well as temperatures and therefore heat transfer coefficients.