Scambio termico e attrito in microcanali in regime di portata oscillante

Abstract

La refrigerazione magnetica si è sviluppata negli ultimi decenni come risposta alla necessità di abolire fluidi refrigeranti nocivi per l’ambiente e migliorare l’efficienza dei refrigeratori. Invece di usare un compressore, e quindi un salto di pressione, per ottenere una variazione di temperatura in un fluido refrigerante, si possono utilizzare materiali che variano la propria temperatura a seguito di un cambiamento nel campo magnetico. In questo elaborato descriveremo i concetti fisici alla base del funzionamento di questi sistemi e ne mostreremo le principali applicazioni. Costruiremo mediante un software CFD (Comsol Multiphysics) un semplice modello del canale di transito del fluido refrigerante tipico di questi dispositivi. Useremo poi il modello per valutare il coefficiente di scambio termico convettivo in regime transitorio periodico (moto oscillante) ed il coefficiente di attrito. Infine, descriveremo e trarremo conclusioni elaborando i dati con strumenti di calcolo.

Magnetocaloric refrigeration has developed in recent decades in response to the need to eliminate environmentally harmful refrigerants and improve the efficiency of refrigerators. Instead of using a compressor, and thus a pressure jump, to achieve a temperature change in a refrigerant fluid, materials can be employed that change their temperature in response to a magnetic field alteration. In this paper, we will describe the underlying physical concepts behind the operation of these systems and showcase their main applications. We will construct, using Computational Fluid Dynamics (CFD) software such as Comsol Multiphysics, a simple model of the passage channel for the typical refrigerant fluid in these devices. We will then use the model to evaluate the convective heat transfer coefficient in a transient periodic regime (oscillating motion) and the friction coefficient. Finally, we will describe and draw conclusions by processing the data with computational tools