Analisi parametrica su circuiti interconnessi con miscela di acqua e glicerina in circolazione naturale.

Abstract

Questo lavoro presenta un’analisi sperimentale, condotta su tre mini-loop rettangolari interconnessi, operanti in circolazione naturale con una miscela al 55% di glicerina e al 45% di acqua, caratterizzata da un elevato numero di Prandtl. Questa scelta consente di accedere a regimi in cui la diffusione del calore risulta fortemente limitata rispetto a quella della quantità di moto, con effetti marcati sull’evoluzione termica del sistema. L’apparato sperimentale, progettato per variare l’inclinazione rispetto alla verticale, permette di indagare il ruolo della componente gravitazionale sull’innesco, la stabilità e la distribuzione del calore nei circuiti. L’analisi della differenza di temperatura media ha permesso invece di ricostruire le interazioni termiche e fluidodinamiche tra i loop e la loro evoluzione temporale. È stato inoltre studiato l’andamento del numero di Prandtl in funzione della temperatura media e dell’inclinazione, evidenziando quanto le proprietà del fluido e la configurazione influenzino la dinamica complessiva. I risultati ottenuti permettono di studiare il comportamento di sistemi passivi in condizioni operative estreme, applicabili ad esempio in microgravità, dove la gestione del calore senza dispositivi attivi rappresenta una sfida tecnologica di primo piano.

This work presents an experimental analysis conducted on three interconnected rectangular mini-loops, operating in natural circulation with a mixture composed of 55% glycerin and 45% water by weight, characterized by a high Prandtl number. This choice allows access to regimes in which heat diffusion is strongly limited compared to momentum diffusion, with significant effects on the thermal evolution of the system. The experimental apparatus, designed to vary its inclination with respect to the vertical, enables the investigation of the role of the gravitational component on the onset, stability, and heat distribution within the circuits. The analysis of the average temperature difference made it possible to reconstruct the thermal and fluid-dynamic interactions between the loops and their temporal evolution. The behavior of the Prandtl number as a function of the average temperature and inclination was also studied, highlighting how the fluid properties and the configuration influence the overall dynamics. The results obtained allow for the investigation of the behavior of passive systems under extreme operating conditions, such as in microgravity, where heat management without active devices represents a major technological challenge.