Simulazione e validazione sperimentale di dispositivi per la dissipazione del calore in sistemi ausiliari allo scarico di motori a combustione interna

La precisione e la rapidità di calcolo delle prestazioni di dispositivi per la dissipazione del calore, associati ad ambienti caratterizzati da forti sollecitazioni termiche, presentano caratteristiche di particolare interesse soprattutto se applicate a geometrie peculiari quali i condotti di scarico dei motori a combustione interna. Scopo dell’attività di ricerca presentata in questo lavoro è la verifica dell’attendibilità previsionale di tool semplificati da utilizzare nelle prime fasi della progettazione per un primo veloce screening fra diverse possibili soluzioni. Si è analizzata la trasmissione del calore attraverso alette circonferenziali sotto diversi approcci: definizione di un modello teorico che si riconduce ad uno studio monodimensionale; analisi del problema attraverso un codice di calcolo termofluidodinamico, con approccio tridimensionale; confronto dei risultati ottenuti a calcolo con dati provenienti da una serie di prove sperimentali al banco prova motori. Le problematiche principali riscontrate nell’impiego di metodi di simulazione sono consistite nella complessità delle corretta individuazione delle condizioni al contorno, in particolare, la difficoltà maggiore in ambito modellistico risiede nella definizione del coefficiente di scambio termico convettivo, che influenza sensibilmente sia il campo termico che la quantità di calore dissipato dal dispositivo. L’analisi comparativa tra le soluzioni analitiche e i risultati ottenuti da situazioni reali fa emergere l’approccio semplificato come un utile strumento nella fase di definizione preliminare delle geometrie dei dissipatori e delle proprietà termofisiche dei materiali costituenti.