Modellazione numerica di uno scambiatore di calore a pacco alettato

In this thesis we will look at the elaboration of a numerical model developed in VBA language, which can simulate the performance of a fin-and-tube heat exchanger, in terms of cooling capacity, outlet temperatures and pressure drops. The model is based on the ε-NTU method with counterflow, knowing the thermophysical conditions at the inlet and wanting to estimate those at the outlet. The model was compared with selection software, making a simulation for the two exchangers in turn simulated for two different fin types for each one. Two experimental tests were then carried out by taking advantage of the research center provided by Schneider Electric Spa. The first on geometrically similar exchangers supplied by different manufacturers, testing the differences between them and the numerical model in terms of cooling performance and pressure drop. The second on a prototype CRAH machine by evaluating its cooling performance. The model shows for the first a relative deviation of 2.27% on cooling capacity in the first experimental test, and for 9.9% in pressure drops, falling within the design tolerances set at 5% on cooling capacity and 10% on pressure drops. In the second test, the numerical model has a relative deviation of 1.9% on the cooling capacity, 2.3% on the air outlet temperature, and 0.4% on the water outlet temperature.

In questa tesi si vedrà l'elaborazione di un modello numerico sviluppato in linguaggio VBA, in grado di simulare le prestazioni di uno scambiatore di calore a pacco alettato, in termini di resa frigorifera, temperature in uscita e perdite di carico. Il modello è basato sul metodo dell'ε-NTU con flusso in controcorrente, note le condizioni termofisiche in ingresso e volendo stimare quelle in uscita. Il modello è stato confrontato con un software di selezione, facendo una simulazione per i due scambiatori a loro volta simulati per due tipi di aletta differenti ciascuno. Successivamente si sono effettuati due test sperimentali usufruendo del centro ricerche messo a disposizione da Schneider Electric Spa. Il primo su degli scambiatori geometricamente simili, forniti da costruttori differenti, testando le differenze tra essi e il modello numerico in termini di resa frigorifera e perdite di carico. Il secondo su un prototipo di macchina CRAH valutandone la resa frigorifera. Il modello presenta uno scarto relativo del 2,27% sulla resa frigorifera nel primo test sperimentale, e del 9,9% sulle perdite di carico, rientrando nelle tolleranze di progetto fissate al 5% sulla resa frigorifera e al 10% sulle perdite di carico. Nel secondo test il modello numerico ha uno scarto relativo dell'1,9% sulla resa frigorifera, del 2,3% sulla temperatura in uscita dell'aria e dello 0,4% sulla temperatura in uscita dell'acqua.