Analisi numerico-sperimentale di strutture "lattice" per scambiatori di calore non convenzionali

Gli scambiatori di calore sono ampiamente utilizzati nel mondo automotive e rappresentano un componente fondamentale e necessario a garantire il corretto raffreddamento dei fluidi quali acqua e olio grazie ai quali si riesce ad ottenere la corretta gestione termica di tutto il sistema propulsivo consentendo di lavorare nelle migliori condizioni possibili di funzionamento. Essendo elementi così importanti, la loro ottimizzazione in termini di forma, scambio termico e peso è motivo di ricerca da parte di tante aziende del settore. Inoltre, le tecniche evolute di Additive Manufacturing permettono al giorno d'oggi di creare strutture e geometrie prima impensabili con metodi tradizionali e questo rappresenta una forte motivazione da parte di ricercatori nel spingersi a creare qualcosa di nuovo e innovativo che permetta di rendere obsolete le tecnologie odierne. Tramite tecniche di stampa 3D, infatti, è possibile realizzare strutture di qualsiasi tipo e forma. L'argomento di questa tesi è, dunque, lo studio e analisi di strutture tri-periodiche chiamate TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) utilizzate come scambiatori di calore acqua olio. Queste particolari geometrie realizzate per l'appunto in Additive Manufacturing presentano interessanti caratteristiche termo-strutturali che le rendono dei candidati ideali a tale scopo. In particolare in questo lavoro viene fatta una caratterizzazione delle TPMS in termini di geometrie e spessore diversi per analizzare quale può essere la migliore soluzione e quali limiti presentano. Verrà presento prima uno studio numerico CFD (Computational Fluid Dynamics) con il software di Siemens chiamato STAR-CCM+ e successivamente tramite l'utilizzo di un banco prova appositamente dimensionato e costruito verranno presentati dei risultati sperimentali per validare i dati numerici ottenuti. Più nel dettaglio, il primo capitolo è un riassunto di quelli che sono i concetti di base per comprendere la trasmissione del calore e la fluidodinamica; sono presentati infatti i principali metodi di scambio termico e i modelli di turbolenza adottati. Nel secondo capitolo si parla invece degli scambiatori di calore tradizionali adottati tutt'ora e quali equazioni di bilancio termico li caratterizzano. Passando oltre, il capitolo tre rappresenta l' introduzione al mondo delle TPMS; viene, infatti, spiegato cosa sono queste geometrie, quali sono le equazioni generatrici, quali sono le più utilizzate, e infine un piccolo cenno di bibliografia per capire quali sono i principali utilizzi e gli studi già svolti. Il capitolo quattro rappresenta, invece, il lavoro vero e proprio svolto. Sono presentate le geometrie studiate, cosa si è fatto e perché per poi passare alle impostazioni delle simulazioni e infine i risultati ottenuti. Quest'ultimi sono poi analizzati nel capitolo cinque dove vengono confrontati con dei dati sperimentali ottenuti tramite prove al banco prova per la validazione numerico-sperimentale.