Flusso Comprimibile con Scambio Termico in Micro-Canali: un Modello Numerico Stazionario per Flussi Laminari

In questo elaborato vengono analizzati flussi comprimibili all'interno di micro-canali, tenendo in considerazione sia l'effetto dello scambio termico sia dell'attrito a parete. Dato che la maggior parte dei modelli numerici e teorici reperibili in letteratura ipotizza un fattore di attrito costante all'interno del canale, si ਠandati alla ricerca di coefficienti correttivi per tale grandezza che tenessero conto di entrambi gli effetti sopra citati. Per fare cià², ਠstata svolta una analisi approfondita dei micro-canali sia da un punto di vista analitico, elaborando un codice relativo al modello numerico stazionario, sia computazionale, realizzando una campagna di simulazioni al variare dei numeri di Mach e di Reynolds per considerare gli effetti della comprimibilità  del flusso in regime laminare. Le simulazioni sono state condotte utilizzando il software commerciale ANSYS Fluent, studiando canali con sezione trasversale circolare o a piani paralleli e con condizione al contorno di flusso termico costante o temperatura di parete costante, per un totale di 120 simulazioni. Il codice numerico ਠstato scritto in linguaggio Python sulla base di un programma precedentemente sviluppato per lo studio di flussi viscidi adiabatici e la sua correttezza ਠstata validata dai risultati delle simulazioni. Il post-processing dei risultati estratti dalle simulazioni ha consentito di ricavare le correlazioni desiderate, come funzioni del numero di Mach, per correggere il fattore di attrito, la velocità  assiale, la pressione dinamica e la temperatura dinamica. Si ਠrivelato che tali correlazioni non si discostano in modo significativo da quelle già  trovate in letteratura per flussi viscidi adiabatici, evidenziando come, in regime laminare, l'influenza dell'attrito sulle proprietà  del flusso sia preponderante rispetto all'effetto dello scambio termico. L'inserimento dei coefficienti correttivi all'interno del codice numerico ha rivelato una ulteriore riduzione dell'errore fra modello analitico e modello computazionale, concludendo che l'uso di tali correlazioni e del codice sviluppato ai fini di progettazione porta ad una migliore stima delle grandezze in gioco su ogni sezione del micro-canale.