Analisi termofluidodinamica del raffreddamento in convezione forzata di un generatore elettrico

Il presente lavoro si pone fondamentalmente due obiettivi: 1) Svolgere un'analisi fluidodinamica e, successivamente, anche una termica col software Ansys Fluent del generatore elettrico MJB-315 così come è attualmente prodotto dalla Marelli Motori con l'intento di comprendere le criticità dell'attuale sistema di raffreddamento ad aria in convezione forzata. Per conseguire tale risultato si sono dovute seguire varie tappe: • Modellazione CAD del generatore oggetto di interesse Si disponeva di alcune parti comuni a varie macchine, ma di taglia differente che si sono dovute adattare per la definizione di un modello univoco. • Semplificazione del modello CAD Per svolgere un'analisi CFD si rende necessaria l'eliminazione o la semplificazione di alcune geometrie presenti nel modello, di poca influenza ai fini della simulazione fluidodinamica, ma di notevole impatto sulle risorse computazionali richieste. • Analisi della macchina con Ansys Fluent A seguito della meshatura, si sono imposte come condizioni al contorno la pressione atmosferica sia in ingresso che in uscita con lo scopo di determinare la portata processata dalla ventola. A seguire si sono aggiunti i carichi termici su una sola porzione di macchina per valutare la distribuzione della temperatura dell'aria. come modello di turbolenza si è adottato il più recente k-ω SST 2) Muovere una critica metodologica sulle possibilità di miglioramento dell'attuale sistema di raffreddamento sottolineando la pericolosità che comporta il porsi come unico obiettivo l'aumento della portata di massa. Tali considerazioni sono state dimostrate attraverso i seguenti passaggi: • Analisi dei risultati ottenuti Le simulazioni condotte sulla macchina de facto hanno permesso di evidenziare come gli avvolgimenti di rotore lato ventola non siano sufficientemente ventilati. • Modifica della geometria Dapprima si è suggerito un arretramento della ventola in modo da migliorare il deflusso dell'aria ottenendo un incremento della portata del 6%, ma questo, per quanto detto, non risolve il problema. Sfruttando il miglioramento ottenuto nella sezione d'ingresso della ventola si è suggerito l'inserimento di un deflettore volto a direzionare la portata d'aria verso gli avvolgimenti di rotore incentivandone la ventilazione. Con questa seconda parte del lavoro, la simulazione indica una riduzione globale della portata d'aria di un 7% rispetto a quella effettivamente processata dalla macchina, ma anche una sensibile riduzione della temperatura nel volume d'aria presente nelle fessure degli avvolgimenti rotorici. Localmente si sono ottenute riduzioni dell'ordine dei 60°C avvalorando la tesi sostenuta nel secondo punto.