"Scambio termico e fluidodinamica durante i deflussi bifase e monofase su superfici estese e in microgeometrie" "Two-phase and single-phase heat transfer and fluid flow through enhanced surfaces and in microgeometries"

Lo scambio termico tra due fluidi o tra un fluido e una superficie, sia esso monofase o bifase, è profondamente legato alle caratteristiche geometriche delle superfici di scambio con le quali i fluidi stessi sono in contatto. Aumentare la superficie di scambio termico significa, in generale, incrementare lo scambio termico globale. Se poi questa superficie viene sviluppata per migliorare l’efficienza dello scambio termico, le prestazioni possono crescere ulteriormente. Il raffreddamento di componenti elettronici, la refrigerazione e il condizionamento dell’aria richiedono scambiatori di calore sempre più efficienti e compatti, pertanto lo sviluppo di nuove superfici di scambio termico risulta essere un obiettivo fondamentale della ricerca. In questo lavoro di tesi sono stati affrontati, sia sperimentalmente che analiticamente, due argomenti connessi allo scambio termico su superfici estese. In particolare, si sono studiati la condensazione all’interno di tubi micro-alettati e la convezione forzata di aria su schiume metalliche e su superfici alettate tradizionali. Per quanto riguarda lo scambio termico bifase, sono stati misurati i coefficienti di scambio termico e le perdite di carico durante la condensazione di R410A all’interno di un tubo micro-alettato, alla temperatura di saturazione di 40 °C. Le prove sono state realizzate utilizzando l’impianto presente presso il Dipartimento di Fisica Tecnica dell’Università di Padova. Successivamente, utilizzando un database contenente più di 4000 dati sperimentali, è stato sviluppato un nuovo modello per la stima del coefficiente di scambio termico durante la condensazione di refrigeranti naturali e sintetici all’interno di tubi micro-alettati. Con riferimento allo scambio termico monofase, un nuovo impianto sperimentale è stato sviluppato, progettato e costruito presso il Dipartimento di Fisica Tecnica dell’Università di Padova. Questo apparato permette di eseguire accurate misure di scambio termico e perdite di carico durante la convezione forzata di aria attraverso superfici estese, quali tradizionali superfici alettate, schiume metalliche, microgeometrie, ecc. L’impianto sperimentale è stato calibrato testando una superficie alettata tradizionale per il raffreddamento di componenti elettronici. Successivamente, sono stati misurati i coefficienti di scambio e le perdite di carico di cinque schiume di alluminio durante il deflusso di aria. Tutti i provini sono stati riscaldati elettricamente imponendo differenti flussi temici tra 150 W e 400 W. I risultati sperimentali sono stati confrontati con quelli ottenuti per la superficie alettata tradizionale.