Dimensionamento di un dispositivo a getto sintetico per scambio termico (tesi di dottorato di Gennaro Monaco)

L’obiettivo principale di questa tesi è stato quello di definire un criterio di progettazione dell’attuatore di un getto sintetico per scambio termico e valutarne le prestazioni. E’ apparso opportuno aprire la tesi con una breve introduzione al fenomeno della turbolenza, con riferimento ai modelli matematici per la chiusura delle equazioni di Reynolds, che rappresentano classicamente le equazioni mediate di Navier-Stokes e introducono la presenza di un termine aggiuntivo di sforzo, il tensore degli stress di Reynolds, caratteristica intrinseca del regime turbolento. Negli ultimi anni nell’ambito dei cosiddetti MEMS (Micro Electro-Mechanical System) è stato dato un notevole impulso allo sviluppo di attuatori a getto sintetico, inizialmente allo scopo di controllare flussi superficiali, quali lo strato limite su ali. Poiché tale attuatore non richiede né fluido addizionale, né circuiteria, e non impiega organi meccanici in movimento, esso può essere anche utilizzato convenientemente per raffreddare aree localizzate di superfici in ambienti chiusi di piccole dimensioni quali PC o altri dispositivi elettronici. La presente tesi ha come scopo il progetto di un attuatore di getto sintetico. Definite le caratteristiche di progetto (ad esempio, diametro di uscita dell’ugello e numero di Reynolds), il dimensionamento del sistema è effettuato sulla base di un criterio pratico di formazione del getto. Le prestazioni del dispositivo sono, quindi, valutate mediante simulazioni numeriche effettuate con un codice commerciale allo scopo di determinare le distribuzioni spaziali del coefficiente di scambio termico (numero di Nusselt) tra il getto e le superfici calde su cui il getto incide, al variare di alcuni parametri tra cui la distanza ugello-lastra. I risultati ottenuti hanno, inoltre, avuto ricadute significative in campo applicativo ed in futuro si può prevedere anche industriale, in quanto nell’ambito di attività di ricerca sviluppate parallelamente al DIAS è iniziata la costruzione effettiva di un prototipo di attuatore.