A cura di Redazione
In questo post, viene presentato un caso di studio relativo l’analisi del flusso di calore in un refrigeratore ad olio automobilistico attraverso midas NFX-CFD. L’obiettivo dell’analisi è valutare le prestazioni di scambio termico dello scambiatore in base alle diverse configurazioni di raffreddamento.
Lo scambiatore è formato da un pacco di elementi sovrapposti ripetuti, ognuno dei quali è formato da un “wafer di circuiti” all0internmo dei quali scorre il fluido da raffreddare e quello refrigerante. Il modello descrive l’emente ripetitivo del pacco radiatore.
Il processo di scambio termico coinvolge l’immissione di olio caldo (120℃) nelle alette di alluminio mentre dell’acqua fredda (90℃) fluisce nella direzione opposta. Questa disposizione “controcorrente” massimizza il trasferimento di calore all’interno del sistema. La struttura interna dello scambiatore di calore prevede alette interne ondulate che migliorano il processo di scambio termico.
La struttura interna dello scambiatore di calore prevede alette interne ondulate che migliorano il processo di scambio termico.
Utilizzando midas NFX-CFD è stata effettuata un’analisi del flusso di calore per esaminare la distribuzione della temperatura nello scambiatore di calore. L’analisi ha rivelato, come è logico aspettarsi, che la temperatura delle alette interne è influenzata in modo significativo dalla temperatura dell’olio. Tuttavia, la parete esterna dello scambiatore di calore mostra una distribuzione di temperatura quasi uniforme, a causa del contributo dell’acqua come mezzo di scambio per il calore.
Distribuzione di temperature nelle alette.
I risultati indicano che la velocità di trasferimento di calore nello scambiatore aumenta all’aumentare del gradiente di temperatura all’interno del sistema, coerentemente alle leggi di scambio termico conduttivo e convettivo. Inoltre, la differenza di temperatura tra le alette interne e la parete esterna dello scambiatore di calore è più evidente nella regione a monte del flusso dell’olio, diminuendo con la progressione del flusso a valle. Di conseguenza, è plausibile aspettarsi un rateo del trasferimento di calore in diminuzione proporzionalmente a questa differenza di temperatura.
Temperatura dello scambiatore.
Attraverso l’analisi di Midas NFX CFD, abbiamo acquisito preziose informazioni sulle caratteristiche del flusso di calore in un refrigeratore automobilistico. Lo studio ha poi evidenziato l’importante effetto della temperatura dell’olio sulla temperatura delle alette interne, così come ha messo in luce la distribuzione uniforme della temperatura sulla parete esterna dello scambiatore di calore, influenzata dalla distribuzione di temperatura dell’acqua. Infine, si è verificato che il rateo del trasferimento di calore all’interno dello scambiatore di calore è direttamente proporzionale al gradiente di temperatura. La differenza di temperatura tra le alette interne e la parete esterna dello scambiatore diminuisce nella direzione streamwise del flusso d’acqua, causando una prevedibile diminuzione della velocità di scambio del calore.
ATTENZIONE !
Non tutti gli elementi hanno 6 gradi di libertà ai nodi.
Gli elementi solidi ne hanno solo 3, per questo quando si collegano elementi 1-D e 2-D ad elementi solidi è possibile si generino delle labilità del modello (modello non completamente vincolato) e non tutte le azioni vengano correttamente trasmesse tra le due tipologie di elemento.