Analisi termica CFD-3D della linea di scarico di un motore ad alta potenza specifica

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l'analisi termica di una linea di scarico di un motore a combustione interna sottoposto a convezione esterna forzata tramite soffioni, utilizzati per il suo raffreddamento in sala prove: tale analisi verrà  effettuata tramite software CFD-3D Siemens STAR-CCM+, al fine di valutare campo di temperatura e coefficienti di scambio termico. L'analisi di tale problema risulta essere di fondamentale importanza per poter valutare in primo luogo l'effetto della convezione forzata sulla linea di scarico in termini di incremento del flusso termico uscente con conseguente perdita di performance e, in secondo luogo, tramite il campo di temperatura di individuare eventuali punti ad elevate temperature che possono causare l'innesco di rotture meccaniche. Il problema che si delinea ਠdel tipo Conjugate Heat Transfer, in cui coesistono scambio termico convettivo (tra i gas di scarico e le pareti del condotto e tra l'aria dei soffioni e la linea di scarico), conduttivo (all'interno degli elementi metallici e degli isolanti presenti) e radiativo (che acquisisce un ruolo fondamentale date le elevate temperature della linea di scarico). A causa dei differenti tempi caratteristici del solido e del fluido, saranno necessarie due simulazioni distinte: una tempo-variante per i gas di scarico in cui utilizzando come condizioni al contorno i dati provenienti da simulazioni CFD-1D verrà  valutato il calore ceduto dai gas di scarico alle pareti interne del collettore, ed una seconda stazionaria per la convezione esterna forzata lato aria-motore in cui utilizzando il risultato della precedente simulazione si otterrà  il campo di temperatura. Data l'interdipendenza tra campo di temperatura e calore scambiato, ਠnecessario un processo iterativo tra le due simulazioni. La modellazione del problema ਠstata effettuata considerando una box che rappresenta la sala prove, in cui il motore ਠposto in posizione centrale ed i soffioni distano da quest'ultimo 30 cm. Nei primi calcoli ਠstata considerata una posizione fissa arbitraria dei soffioni in due diverse direzioni: una in direzione longitudinale al motore e l'altra in direzione trasversale. Al fine di valutare la robustezza dei risultati ottenuti verranno effettuate varie analisi di sensibilità , variando ad esempio parametri di mesh, posizione dei soffioni, modelli di turbolenza, nonchà© l'impatto di semplificazioni inizialmente adottate alla modellazione del problema.