Sul controllo termico di dispositivi miniaturizzati mediante circuiti bifase a circolazione naturale

Nonostante il notevole interesse, rivolto dalla ricerca internazionale verso i circuiti bifase a circolazione naturale, alcune problematiche legate al loro impiego in applicazioni di piccola scala risultano ancora irrisolte. Ciò vale particolarmente per i termosifoni bifase a funzionamento periodico, indicati con l’acronimo PTPT, per i quali gli studi effettuati e presenti in letteratura risultano quasi esclusivamente relativi ad apparati di grandi dimensioni. Questa attività di ricerca si caratterizza dunque come uno sforzo di approfondimento nella conoscenza di uno specifico circuito bifase a circolazione naturale: il PTPT. In particolare sono stati analizzati il comportamento termico e le potenzialità di raffreddamento di un PTPT, nel caso di applicazione a componenti miniaturizzati. L’approccio seguito nell’attività è stato sia numerico che sperimentale, con la realizzazione di un modello di calcolo per l’interpretazione e la previsione delle prestazioni di un PTPT, e con la realizzazione di un prototipo di PTPT di piccola scala. Il modello matematico realizzato è stato validato, per confronto con una serie di dati sperimentali ottenuti in precedenti attività di ricerca. L’accordo mostrato, tra i dati sperimentali e quelli calcolati, risulta buono sia dal punto di vista qualitativo che da quello quantitativo. Con il modello di calcolo è stata effettuata un’analisi numerica delle prestazioni di un dissipatore bifase a PTPT, in scambio termico con tre differenti sorgenti. L’analisi ha permesso la caratterizzazione del comportamento del dispositivo al variare dei principali parametri operativi. In particolare sono stati considerati gli effetti prodotti da variazioni sistematiche delle temperature della sorgente fredda (275, 285, 295 K), della temperatura della sorgente intermedia (295, 305, 315 K) e della potenza termica dissipata (100÷1000 W) sulle temperature operative del PTPT. Il prototipo di PTPT, realizzato nel presente lavoro, possiede ingombro massimo circa 10 volte inferiore a quello degli analoghi dispositivi presenti al Dipartimento di Energetica dell’Università di Pisa. Le sue dimensioni risultano tali da consentire l’inserimento in un case middle tower (dimensioni 340x180x320 mm) di un comune personal computer. L’attività sperimentale condotta sul prototipo ha permesso di caratterizzare il comportamento del dispositivo, sottoposto a variazioni sistematiche dei principali parametri operativi. In particolare sono state esaminate variazioni di: flusso termico specifico dissipato (5.42÷16.25 W/cm2), quota relativa tra evaporatore ed accumulatore (-30÷30 cm), volume di fluido vettore circolante (64÷3 ml). Inoltre un accurato studio, delle condizioni di scambio termico nell’evaporatore, ha permesso di fornire criteri per il dimensionamento di evaporatori compatti operanti in condizioni transitorie.