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Studio della convezione naturale in un fluido viscoelastico

Informazioni tesi

  Autore: Federica Zarcone Cagnazzo
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Bologna
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria meccanica
  Relatore: Fabiana Zama
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 99

L'obiettivo della tesi è quello di risolvere, con tecniche di simulazione numerica diretta (DNS), il problema del flusso turbolento in un canale piano costituito da due pareti parallele, tra le quali viene imposto un gradiente di temperatura, in modo tale che si stabilisca un processo di convezione naturale, chiamato in letteratura convezione di Rayleigh-Benard.
Il problema di un flusso a convezione naturale viene risolto considerando dapprima un fluido Newtoniano e successivamente alcune soluzioni viscoelastiche, caratterizzate da tempi di rilassamento delle catene polimeriche differenti, per valutare come la presenza di catene polimeriche influenzi il trasporto di calore attraverso un flusso turbolento, quantificando questa variazione attraverso parametri opportuni ed evidenziando a livello qualitativo il cambiamento delle strutture caratteristiche dei campi di moto e di temperatura e delle strutture vorticose.

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Introduzione L’obiettivo della tesi e quello di risolvere, con tecniche di simulazione nu- merica diretta (DNS), il problema del usso turbolento in un canale piano costituito da due pareti parallele, tra le quali viene imposto un gradien- te di temperatura, in modo tale che si stabilisca un processo di convezione naturale, chiamato in letteratura convezione di Rayleigh-B enard. Il problema di un usso a convezione naturale viene risolto considerando dapprima un uido Newtoniano e successivamente alcune soluzioni viscoela- stiche, caratterizzate da tempi di rilassamento delle catene polimeriche die- renti, per valutare come la presenza di catene polimeriche inuenzi il traspor- to di calore attraverso un usso turbolento, quanticando questa variazione attraverso parametri opportuni ed evidenziando a livello qualitativo il cam- biamento delle strutture caratteristiche dei campi di moto e di temperatura e delle strutture vorticose. L’equazione costitutiva che descrive il comportamento del uido deriva dal modello FENE-P (Finite Extension Nonlinear Elasticity con l’ipotesi di Pe- terlin), nel quale per ogni molecola viene adottato un modello meccanico attraverso un approccio microreologico, che si adatta meglio alla descrizione della soluzione diluita reale. Un modello lineare, infatti, non e adeguato a ri- produrre il comportamento di shear thinning della soluzione e la sua viscosit a di elongazione potrebbe andare all’innito con una velocit a di allungamen- to nita. Questi comportamenti non sici sono dovuti alle molle di Hook che permettono estensioni innite. Quindi, e richiesta l’introduzione di una estensibilit a nita per ottenere un modello adatto ad essere utilizzato nel- la simulazione numerica diretta. La rigidezza della molla pu o essere corretta attraverso un’espressione non lineare del coeciente elastico ed essendo la so- luzione dell’equazione cinetica non e Gaussiana, occorre risolvere l’equazione

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