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Simulare il raffreddamento di un tubo in alluminio con la CFD

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SETTORE
Industria automobilistica
APPLICAZIONE
Raffreddamento
SETTORE

Industria automobilistica

APPLICAZIONE

Raffreddamento

PROBLEMA

Abbassamento controllato di alte temperature senza deformazioni

SOLUZIONE

Analisi fluidodinamica e progettazione di una testa di raffreddamento custom-made

La componentistica per l’industria automobilistica

Un produttore di componenti per auto ottimizza il raffreddamento di parti metalliche con una soluzione custom-made. 

Il settore

Il settore dei componenti per auto riveste una notevole importanza nell’industria meccanica europea, rifornendo non solo la produzione automobilistica del continente ma anche le principali case automobilistiche americane.

Sebbene il comparto dei componenti possa apparire come di secondaria importanza a causa della sua minor visibilità rispetto alle case automobilistiche, esso rappresenta un attività industriale molto rilevante dal punto di vista economico e occupazionale.

A marzo 2021 il mercato auto Europeo dell’auto era in forte crescita rispetto allo stesso mese del 2020: +62,7% e 1.387.924 immatricolazioni.
Questo considerevole aumento delle immatricolazioni è riuscito però solo in parte a compensare la forte perdita del mercato registrata a marzo 2020: -52%. Rispetto a marzo 2019 si registra invece un calo del 21,6%*. 

*anfia.it ANFIA – Associazione Nazionale Filiera Industria Automobilistica

Il problema

Il cliente che si è rivolto a PNR fa parte del settore della componentistica per auto ed opera in Germania.  
Il cliente aveva la necessità di raffreddare con acqua un tubo in alluminio dall’interno successivamente alla fase di tempra. Nello specifico, l’esigenza era quella di raffreddare il tubo di 250° in 2 secondi. 

Il raffreddamento doveva quindi essere:

1 | VELOCE: per ottenere le proprietà meccaniche ricercate con la tempra; 
 
2 | MIRATO: per evitare deformazioni geometriche del tubo con conseguente ovalizzazione, l’acqua per il raffreddamento doveva essere spruzzata uniformemente in direzione assiale al tubo.

A marzo 2021 il mercato auto Europeo dell’auto era in forte crescita rispetto allo stesso mese del 2020: +62,7% e 1.387.924 immatricolazioni. 

La soluzione

L’Ufficio Tecnico di PNR ha affrontato il problema presentato del cliente con un software di fluidodinamica computazionale. 

È stato prima modellato il tubo da raffreddare, lungo 100mm e con un diametro interno di 70mm. Successivamente è stata elaborata una testa di raffreddamento custom made in grado di abbassare la temperatura del tubo di 250° in 2 secondi.

Si è partiti dalla nostra testa di lavaggio fissa UAC per arrivare ad un prodotto pensato appositamente per l’applicazione in esame. 

Simulazione CFD

TESTA DI RAFFREDDAMENTO INSERITA NEL TUBO
Pressione dell’acqua in entrata = 3 BAR
Portata = 100 LPM 

Simulazione CFD

IMPOSTAZIONE DELLA SIMULAZIONE TERMICA
Temperatura iniziale = 550 ° C
Densità = 2700 kg / m3
Calore specifico = 962 j / kg k
Media calcolata htc = 9831,85 w / m2 k
Temperatura acqua in entrata = 25 °c 

Simulazione CFD

DISTRIBUZIONE DELLA TEMPERATURA
Temperatura distribuita uniformemente lungo la direzione assiale del tubo e quindi minimo rischio di ovalizzazione

Grafico

DINAMICA TERMICA DEL PROCESSO DI RAFFREDDAMENTO
Pressione di alimentazione della testa di raffreddamento = 3 bar
Portata = 100,44 lpm

I vantaggi

Grazie alla soluzione proposta da PNR, il cliente è riuscito ad ottenere il giusto livello di raffreddamento nei tempi indicati, evitando la deformazione geometrica del tubo. 

Testa di lavaggio UAC con clip

UAC

TESTA DI LAVAGGIO FISSA

Sono apparecchi semplici, rapidi ed efficienti per la pulizia di serbatoi di limitata dimensione dove sia sufficiente un’azione di risciacquo. La portata d’acqua richiesta ne consiglia l’impiego con basse pressioni di alimentazione.

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