Simulazioni numeriche di film liquidi sottili con trasferimento di calore: applicazione per il raffreddamento dei motori elettrici

Nell'ambito della gestione termica dei motori elettrici destinati al settore automotive, fra le diverse soluzioni possibili, trova spazio l'iniezione di getti d'olio di raffreddamento diretti sulle parti attive del motore. Tali getti portano alla formazione di film liquidi sottili sugli avvolgimenti dello statore, che vengono quindi raffreddati per convezione. Questo lavoro rappresenta il primo approccio alla simulazione numerica di questi film liquidi sottili con il metodo volume of fluid (VOF) per flussi bifasici incomprimibili implementato nella versione 2.4 del software Converge. Sulla base di una configurazione sperimentale disponibile in letteratura, sono stati simulati film liquidi laminari (Re = 2.6 †" 4.9 - 5.8) su una piastra inclinata. Sono stati analizzati aspetti prettamente idrodinamici come lo spessore del film liquido e il profilo di velocità  oltre che aspetti termici, come il profilo di temperatura e il coefficiente di scambio termico. I risultati idrodinamici sono stati validati sulla base di misure sperimentali ed analitiche disponibili. Queste ultime sono state derivate dalla teoria di Nusselt. Per individuare il corretto setup numerico necessario alla simulazione di tali flussi, ਠstato osservato e discusso l'impatto di una serie di parametri numerici e fisici sui risultati. Per primo ਠstato fatto uno studio sulla convergenza della soluzione in funzione della mesh di calcolo, in modo da ottenere sufficiente accuratezza dei risultati contestualmente ad una ragionevole durata di calcolo. Sono stati testati l'impatto dei time-steps e del rapporto di forma delle celle per soluzioni sia stazionarie che transitorie. In aggiunta, sono stati comparati due differenti approcci per rappresentare l'inclinazione del dominio di calcolo. Sono riportate differenze sostanziali nei risultati, non ancora spiegate, di questi due approcci. àˆ stata altresଠvalutata la possibilità  di sfruttare la tecnica dell'adaptive mesh refinement (AMR): nonostante un risparmio notevole in termini di tempi di calcolo, sono state osservate piccole differenze nei risultati sia idrodinamici che termici. Per raggiungere gli obiettivi di accuratezza prefissati, ਠritenuta necessaria un'ottimizzazione del setup della AMR. Dopo aver testato una serie di parametri prettamente numerici, il setup definito come miglior compromesso ਠstato utilizzato per valutare gli effetti del numero di Reynolds sul comportamento del film liquido: le soluzioni sono risultate coerenti con le aspettative sia per quanto riguarda gli spessori e i profili di velocità , che per i profili di temperatura e i coefficienti di scambio termico.