Esempio di applicazione (case study) su scambiatore di calore per energia alternativa

Introduzione

Aavid, la divisione di gestione termica di Boyd Corporation, è stata scelta da un'azienda di energie rinnovabili/alternative per progettare, simulare, creare prototipi e collaudare una soluzione per un generatore termoelettrico ad alta temperatura. L'obiettivo era di utilizzare l'analisi della fluidodinamica computazionale (CFD, computational fluid dynamics) per determinare quale fosse il progetto migliore per uno scambiatore di calore e una piastra di raffreddamento a liquido, che dovevano mantenere un differenziale termico di 500°C all'interno di un modulo termoelettrico.


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La sfida

Aavid ha individuato il materiale più adatto per lo scambiatore di calore, all'interno del quale le temperature del gas potevano superare i 1500°C.

In seguito, ha costruito un circuito di prova, molto simile all'applicazione, che resistesse a temperature altissime.

Considerate le elevate temperature di funzionamento, Aavid ha tenuto conto della radiazione, spesso tralasciata in molte soluzioni di raffreddamento ad aria forzata.

Poiché i materiali di interfaccia standard non erano adatti a questa applicazione, Aavid ha individuato dei materiali di interfaccia termici idonei alle alte temperature.

La soluzione

Sono stati creati e messi in funzione diversi modelli CFD per ottimizzare la geometria dello scambio termico. I progetti finali sono stati presentati al cliente ragguagliandolo in merito alla soluzione più vantaggiosa.

Per la creazione del prototipo e il test di valutazione delle prestazioni presso gli stabilimenti Aavid di Laconia, sono stati selezionati due progetti di minuteria. Sono state effettuate delle prove meccaniche per raccogliere proprietà e dati termici accurati in fase di test. In seguito, sono stati sottoposti a collaudo i moduli termoelettrici veri e propri.

Esito finale

È stato utilizzato un modello CFD dettagliato per simulare il sistema. Sono stati effettuati dei test, utilizzando i prototipi per raccogliere dati. Quindi, i dati raccolti dai prototipi sono stati utilizzati per rifinire e finalizzare il modello CFD in base ai risultati.

Di pari passo con l'analisi CDF, sono state condotte delle ricerche dettagliate sulle proprietà dei materiali che hanno permesso di selezionare materiali capaci di resistere alle elevate temperature di funzionamento del generatore.

Le squadre di progettazione ingegneristica di Aavid e del cliente hanno lavorato di concerto per raggiungere gli obiettivi di progettazione nei tempi stabiliti.

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