Scambiatori di calore ad alta efficienza: criteri innovativi termoeconomici e costruttali per la progettazione

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La rilevanza del problema energetico, connessa alle notevoli implicazioni di natura geopolitica, economica ed ambientale che tale tema richiama, suggeriscono alla comunità scientifica la profusione di ulteriori sforzi per l'innalzamento dell'efficienza dei processi di conversione dell'energia. Se è vero che le tecnologie oggi più diffuse nei sistemi energetici ed i criteri di progettazione degli specifici componenti rappresentano il risultato di accurati studi teorici e sperimentali, è altrettanto vero che ulteriori margini di miglioramento vengono offerti dai quotidiani progressi della tecnologia dei materiali e da studi innovativi nel campo della ricerca di base. Nel panorama della ricerca di base, infatti, accade talvolta che si affaccino alla comunità scientifica talune innovazioni metodologiche che consentono di attuare vere e proprie rivoluzioni prospettiche nell'analisi di un certo fenomeno. È questo il caso della "Teoria Costruttale" e della “Termoeconomia". La prima, applicata anche nella moderna termofluidodinamica, la quale, tramite talune applicazioni analitiche, consente di evidenziare come il trasporto di materia e di energia tenda in natura a seguire delle "vie preferenziali di minima resistenza". Tuttavia, ed in questo consiste l'originalità dell'analisi, i reali margini di minimizzazione delle irreversibilità (siano esse connesse ai fenomeni di attrito fluidodinamico o allo scambio termico attraverso differenze di temperatura finite) possono essere identificati solo concependo la morfologia del sistema deputato al trasporto (di massa o di energia) come una variabile libera da ottimizzare. La termoeconomia invece, basandosi sulla valutazione, in termini omogenei di “costo”, delle risorse consumate per la realizzazione o l’acquisto dei componenti e per il loro esercizio, consente di convergere verso soluzioni progettuali ottimali che minimizzino il costo complessivo; inoltre, basandosi sul calcolo del reale valore termodinamico dei flussi di materia in termini exergetici, e non energetici, consente una più corretta valutazione dei costi. È evidente come, nella progettazione di componenti deputati allo scambio termico tra fluidi, l’utilizzo dei due sopraccitati approcci possa condurre a mutare completamente la struttura dei vincoli dell'ottimizzazione e ad esplorare così regioni dello spazio di fattibilità altrimenti non esplorabili. In termini più semplici, si potranno determinare talune soluzioni di minimo costo energetico (o di massima efficacia dello scambio termico) che non sarebbero potute emergere dalla tradizionale analisi di ottimizzazione effettuata "a geometria dello scambiatore nota". Il presente progetto di ricerca si propone l'obiettivo di esplorare, con riferimento alle tipologia di scambiatori a batteria alettata e/o “a fascio tubiero” (a seconda delle potenzialità che emergeranno per tali due tipologie), l'utilità di un approccio costruttale e termoeconomico alla progettazione. L’attività di ricerca assumerà evidenti connotazioni di ricerca di base. In tal senso, essa trarrà spunto da attività preliminari, da condurre nel corso del primo anno della ricerca, relativamente allo studio teorico-sperimentale della distribuzione di fluidi termovettore monofase e bifase in condotti con biforcazioni di diversa geometria e configurazione. L’attività di ricerca sarà ovviamente estesa alla minimizzazione delle produzioni entropiche connesse alle perdite di carico dei fluidi scambianti ed allo scambio termico attraverso differenze finite di temperatura, estendendo l’attenzione (per le sole perdite di carico e per lo studio dell’efficacia della distribuzione) non sono alle superfici di scambio, ma anche alle sezioni di adduzione dei fluidi termovettori agli scambiatori di calore. Il gruppo di ricerca si interesserà dello sviluppo modellistico/analitico di nuove morfologie, intese in termini di configurazione geometrica e criteri di dimensionamento, con r
StatoAttivo
Data di inizio/fine effettiva1/1/12 → …

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