Termo-fluidodinamica numerica applicata agli scambi termici e HVAC

DESCRIZIONE INTRODUTTIVITA

Negli ultimi anni la Termo- Fluidodinamica Numerica sta rivestendo un ruolo sempre più importante in campo industriale come strumento di supporto alla progettazione. L’utilizzo delle analisi numeriche si sta affermando come metodo di indagine innovativo per lo studio dei fenomeni con trasmissione di calore o delle problematiche di comfort termico, con immediati e significativi vantaggi sia qualitativi che economici.
Attraverso le simulazioni CFD è possibile, ad esempio, “guidare” la progettazione dei sistemi di ventilazione degli ambienti chiusi o degli abitacoli delle autovetture per garantire un buon livello di comfort, o migliorare i dispositivi di sicurezza in presenza di incendi e propagazione di fumi, oppure ottimizzare dimensioni e dislocazioni delle aperture di un edificio, o, ancora, perfezionare le prestazioni di un forno industriale o di un bruciatore, oppure migliorare il funzionamento di banchi frigoriferi per la conservazione degli alimenti, ecc.
Grazie alla Fluidodinamica Numerica ( Computational Fluid Dynamics, CFD appunto) si può infatti raccogliere una vasta gamma di informazioni, sia qualitative che quantitative. Con queste tecniche è possibile prevedere le prestazioni di un certo componente o di una macchina, oppure conoscere a priori l’evoluzione di un determinato fenomeno prima ancora che il prototipo sperimentale venga realizzato.
Ne consegue una notevole riduzione dei tempi di progettazione e di sviluppo di un prodotto, il che si traduce inevitabilmente in una sensibile riduzione dei costi.
I problemi ed i fenomeni che possono essere affrontati in ambito “Heat Transfer & HVAC” sono innumerevoli, grazie anche alla possibilità di riprodurre correttamente tutte le forme di trasporto del calore ( conduzione,convezione e radiazione).
Addirittura, dal punto di vista della sicurezza nel settore “Fire & Safety”, le analisi termo- fluidodinamiche possono diventare un utile strumento di prevenzione ed influenzare le scelte di progetto di qualunque tipo di edificio e costruzione, come stadi, sale concerti, teatri, supermarket, magazzini, capannoni, ambienti industriali, laboratori, palazzi, hotel, gallerie, aree di parcheggio sotterranee, scuole, librerie, stazioni ferroviarie, aeroporti, uffici, ecc.

OBIETTIVI

Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire gli elementi base per consentire un utilizzo consapevole delle tecniche della termofluidodinamica computazionale (CFD) nei problemi di trasmissione del calore e nelle applicazioni tipiche della HVAC ( Heating, Ventilation and Air Conditioning) , con particolare riferimento a componenti e sotto- sistemi utilizzati negli impianti HVAC, di tipo industriale ed automobilistico.
Particolare attenzione verrà posta all’illustrazione degli aspetti applicativi ed alle potenzialità di utilizzo, in parte inesplorate, della CFD in tale settore.

MATERIALE DIDATTICO

Ad ogni partecipante al corso verranno fornite delle dispense/note relative agli argomenti trattati, assieme a copia delle presentazioni utilizzate durante le lezioni.

DESTINATARI

Progettisti e modellisti che vogliano apprendere i concetti fondamentali della Fluidodinamica Numerica, in particolare alla parte dedicata a problematiche di Trasmissione del Calore. Progettisti di scambiatori di calore, sistemi di raffreddamento,condizionamento, abitacoli, ecc. Progettisti interessati a tematiche di HVAC ( Heating, Ventilation & Air Conditioning) , non solo per il settore automobilistico, ma anche per altri settori coinvolti in problemi di Fire & Safety ( sicurezza negli edifici e negli ambienti, incendi, propagazione di fumi, ecc. ) , per valutare possibili nuove tecniche di indagine e previsione. Responsabili di gruppi di progettazione che intendano valutare i nuovi metodi progettuali assistiti da codici dedicati alla termo-fluidodinamica. Personale tecnico che già utilizza codici CFD e che vorrebbe allargarne l ’impiego allo studio di fenomeni di scambio termico.

PREREQUISITI

Il corso è destinato a tecnici e ingegneri che possiedono una minima cultura di base sulla Fluidodinamica e sui concetti principali di Fisica Tecnica. Pertanto si ritiene che il corso possa essere di beneficio per coloro che esprimono il desiderio di riprendere la teoria basilare sul moto dei fluidi e sui vari aspetti della trasmissione del calore ed estendere le loro conoscenze alle tecniche della Fluidodinamica Numerica ( CFD) intese come importante ed innovativo strumento di supporto alla progettazione.

CONTENUTI

• Equazioni di Trasporto
• Equazioni Fondamentali di Navier- Stokes. Fenomeni di Trasporto Convettivo e Diffusivo.
• Flussi Laminari e Turbolenti. Introduzione ai Modelli di Turbolenza in CFD. Cenni sulle metodologie DNS e LES; i modelli RANS.
• Mesh e discretizzazioni. Errori sulla soluzione, bilanci massivi ed entalpici.
• Richiami di Termodinamica Base
• Richiami di Termodinamica. Gas ideali: equazione di stato, proprietà termodinamiche.
• Sostanze pure e vapori: diagrammi collinari, diagrammi ( p, t) e ( p, v) , proprietà termodinamiche delle sostanze pure e dei vapori. Miscele di gas ideali.
• Richiami di Trasmissioni del Calore Introduzione alle leggi del moto dei fluidi.
• Richiami di trasmissione del calore. Modalità di trasmissione del calore: conduzione; convezione ( parametri adimensionali, forma generale delle correlazioni) ; irraggiamento.
• Aria Umida – Comfort
• Aria Umida. Proprietà termodinamiche dell’aria umida e sue trasformazioni.Comfort ambientale e qualità dell’aria. Condizioni di benessere termoigrometrico: parametri ambientali ed indici microclimatici. La qualità dell’aria negli ambienti confinati. Cenni sulle normative.
• Modelli di Turbolenza e Scambi Termici a Parete
• Modelli di turbolenza k- epsilon e k- omega e loro modifiche. Cenni sul Modello Reynolds Stress.
• Descrizione dei modelli di funzione di parete e loro influenza sugli scambi termici.
• Esempio Applicativo di Scambi Termici a Parete
• Applicazione di scambio termico in convezione forzata: calcolo del coefficiente di scambio termico ( HTC) su paletta statore turbina. Confronto modelli k- epsilon e SST.
• CFD e Scambi Termici, Applicazioni a Problemi Industriali ( Parte 1) Descrizione dell’accoppiamento equazione del calore con equazioni di trasporto, in caso di convezione naturale. Influenza della turbolenza sui flussi termici: esempio di applicazione pratica per scambi termici in presenza di promotori di turbolenza.
• CFD e Scambi Termici, Applicazioni a Problemi Industriali
• Applicazioni industriali varie relative a problemi di mescolamento termico e trasporto di calore
• Applicazioni HVAC automobilistiche: condotto di defrost, comfort termico abitacoli auto e camion Applicazione di combustione per studio riduzione di NOx e flussi termici a parete ( radiativi e convettivi).