Riassunto analitico
Il raffreddamento dei pistoni nei motori a combustione interna è argomento di forte interesse nel panorama automobilistico. Negli ultimi anni sono sempre maggiori le restrizioni sulle emissioni inquinanti dei motori, questo ha portato ad una continua ricerca per riuscire ad avere prestazioni e riduzione degli inquinanti. Uno dei metodi utilizzati è il downsizing, si riduce la cilindrata del motore ma aumenta la densità di potenza. In questo modo si spinge il motore a lavorare in zone di più alta efficienza, i gas incombusti diminuiscono ma aumenta il carico termico sugli elementi della camera di combustione. Se il cilindro e la testata del motore sono raffreddati attraverso il circuito di raffreddamento del motore, il pistone nella maggior parte dei casi non viene raffreddato direttamente. Il circuito che consente la lubrificazione del motore aiuta il raffreddamento del pistone, nelle configurazioni standard. Nei motori ad alte prestazioni questo non è più sufficiente, ed affinchè vi sia un raffreddamento del pistone c’è bisogno di un getto d’olio impattante sulla sua superficie interna. Da qui, la necessità dello studio dello scambio termico tra superficie del pistone e fluido attraverso le simulazioni fluidodinamiche (CFD). Nella trattazione verranno presi in considerazione sia gli esperimenti che le correlazioni della letteratura. Queste ci consentono di avere il coefficiente di scambio termico attraverso il numero di Nusselt, in funzione del diametro del getto, della velocità del getto, del numero di Reynolds, e del numero di Prandtl. Una delle correlazioni maggiormente utilizzate è quella di Stevens e Weeb. A partire da questa viene costruito un modello fluidodinamico in grado di replicare i risultati della letteratura, andando così a selezionare la geometria, la mesh e la fisica più opportuna. Lo scopo della trattazione è la creazione di un modello fluidodinamico per il raffreddamento dei pistoni a getto d’olio. I risultati del modello vengono confrontati in seguito con una nuova correlazione, modellata da un lavoro precedente. In questo modo attraverso la CFD si testa l’affidabilità della nuova correlazione. I test vengono condotti in più configurazioni, diversità di diametro del getto e diverse inclinazioni. Infine, considerando la superficie del pistone come una piastra, viene testato il movimento relativo tra pistone e getto e come questo influenza i risultati.
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