Tecniche di indagine sperimentale dello scambio termico

Lo sviluppo delle tecniche sperimentali in ambito termico è di primaria importanza per l’acquisizione di informazioni in sistemi termici di particolare complessità e per la validazione dei risultati offerti dai codici numerici. Il recente sviluppo delle metodologie di tipo ottico per l’indagine di campi di temperatura, unitamente alla sempre maggiore disponibilità, a prezzi contenuti, di sistemi di elaborazione delle immagini, ha reso possibile, in misura sempre crescente, l’analisi di fenomeni termici in modo non intrusivo.
Le competenze acquisite in ambito DIME in questo settore riguardano strumenti per il rilievo di campi termici in fluidi trasparenti (tecnica schlieren) e su superfici solide (termografia a cristalli liquidi e all’infrarosso).
La tecnica ottica schlieren consente di ricostruire il campo termico in un fluido trasparente a partire dalla misura delle deflessioni angolari subite da un fascio luminoso che attraversa una zona non isoterma. La tecnica, nata come qualitativa, è stata, presso il DIME, resa negli anni quantitativa nell'ambito dei fenomeni convettivi naturali bidimensionali (figura 1, ref.[1]) e, in alcuni casi, anche tridimensionali [2], con l’impiego, come fluido convettivo, di aria e recentemente anche di acqua [3]
Le tecniche termografiche, a cristalli liquidi o ad infrarosso, permettono misure dettagliate della temperatura superficiale di un corpo solido. In particolare, la termografia a cristalli liquidi (LC), si propone come una tecnologia d’indagine non intrusiva, a basso costo, che sfrutta una particolare caratteristica di alcune sostanze organiche, capaci di riflettere la luce in modo selettivo, ossia privilegiando, in fase di riflessione della luce incidente, un’unica lunghezza d’onda nel campo del visibile. Tale lunghezza d’onda di riflessione varia al variare della temperatura superficiale: come risultato, tali sostanze assumono una colorazione che cambia al variare della temperatura e si prestano quindi per il rilievo di variabili come il coefficiente di scambio termico convettivo all’interno di condotti anche in presenza di geometrie complesse, oggetto di indagine, in ambito DIME, da oltre un decennio (figura 2, ref. [4,5]).
La termografia all’infrarosso (IR) si basa sull’impiego di una speciale termocamera sensibile alla radiazione termica infrarossa emessa dalla superficie in osservazione; nota l’emissività della superficie emettente, il dispositivo fornisce in modo accurato e pronto la mappa di temperatura della superficie target. In DIME, la termografia IR viene utilizzata come attività di supporto ad altre azioni di ricerca di varia natura (controllo degli effetti di scambio termico sulle prestazioni di gruppi di sovra-alimentazione, rilievo delle dispersioni o dei gradienti termici in determinati dispositivi di misura) o come strumento di indagine per lo studio della termoregolazione del corpo umano durante l’attività fisica (Figura 3).

Pubblicazioni

[1] G.Tanda
“Natural convection heat transfer in vertical channels  with  and without  transverse  square  ribs”, Int. Journal of Heat and  Mass  Transfer,  Vol.40,  No.9, pp.2173-2185, June 1997.
[2] F. Devia, G.Tanda
“Investigation of natural convection heat transfer from a horizontal isothermal plate by schlieren tomography”, Int. Journal  of Heat and Technology, Vol.18, No.1, pp.41-46, 2000.
[3] G.Tanda, M.Fossa, and M.Misale
“Heat transfer measurements in water using a schlieren technique”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.71, pp.451-458, 2014.
[4] G.Tanda
“Heat transfer in rectangular channels with transverse and V-shaped broken ribs”, Int. Journal of Heat and  Mass  Transfer,  Vol.47, pp.229-243, 2004.
[5] G.Tanda
“Effect of rib spacing on heat transfer and friction in a rectangular channel with 45° angled rib turbulators on one/two walls”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol.54, pp.1081-1090, 2011.