Modellazione 1D e Ottimizzazione Termo-Fluidodinamica di un Dissipatore di Calore per Applicazioni Spaziali

La presente tesi, svolta in collaborazione con Highftech Engineering Srl, illustra lo sviluppo di un modello termo-fluidodinamico monodimensionale (1D) e la successiva ottimizzazione di un dissipatore di calore a liquido, progettato per il controllo termico di un'antenna per applicazioni spaziali. Nella prima fase del lavoro, è stato sviluppato un modello analitico 1D iterativo, implementato in Microsoft Excel, per valutare il sistema in condizioni stazionarie nominali. L'approccio fluidodinamico ha permesso di caratterizzare il regime di moto e quantificare le perdite di carico, evidenziando il peso determinante delle perdite concentrate legate alla complessa geometria dei canali. Parallelamente, il modello termico ha sfruttato l'analogia elettrica per calcolare la resistenza termica complessiva, ricavando il numero di Nusselt tramite simulazione CFD. Al fine di superare le limitazioni di un'analisi circoscritta al solo punto di lavoro nominale, lo studio è stato ampliato tramite un'analisi di sensibilità strutturata secondo i criteri del Design of Experiments (DOE). Una campagna mirata di simulazioni CFD ha consentito di esplorare l'influenza delle principali variabili geometriche e operative sulle grandezze di interesse. I dati ricavati sono stati successivamente rielaborati tramite la Response Surface Methodology (RSM) per generare superfici di risposta continue, in grado di mappare il comportamento termo-fluidodinamico del sistema sull'intero spazio di progetto. Nella fase conclusiva, l'impiego di tali superfici ha permesso di affrontare l'ottimizzazione multi-obiettivo del dissipatore. L'indagine ha dimostrato l'assenza di conflitto tra la massimizzazione dell'efficienza termica e la riduzione del coefficiente di perdita complessivo, rivelando che il miglioramento di entrambi gli indicatori è ottenibile procedendo lungo la medesima direzione progettuale. Lo studio si conclude evidenziando come i margini effettivi di ottimizzazione del sistema siano dipendenti dai vincoli operativi imposti dalla pompa che alimenta il circuito.