“Lo scambiatore di calore primario è uno dei componenti più complessi da progettare nello sviluppo di una innovativa gamma di caldaie a gas per uso domestico. L’esigenza di compattezza del prodotto, impone elevate portate termiche specifiche sulle tubazioni e quindi l’adozione di accorgimenti per aumentare le superfici di scambio e la turbolenza dei fluidi.
Dall’altro lato, per venire incontro alle esigenze impiantistiche e di comfort dell’utente, si richiedono elevate portate circolanti e quindi basse perdite di carico. Ovviamente i costi tecnologici delle soluzioni adottate devono essere il più possibile contenuti. L’approccio fondato sull’utilizzo di tecnologie CFD avanzate, come il pacchetto ANSYS ICEM-CFX, può venire in aiuto nella piena comprensione dei fenomeni fisici e nell’approfondimento delle problematiche di efficienza di scambio termico e di circolazione, al fine di trovare i migliori compromessi.
Sfruttando le condizioni di simmetria e periodicità, sono state simulate mediante analisi multidominio accoppiate le condizioni operative di un tratto normalizzato di tubazione dello scambiatore. Successivamente si è focalizzato lo studio sull’ottimizzazione dell’efficienza del circuito acqua completo, caratterizzato con il flusso termico calcolato nelle analisi accoppiate.
Sono state studiate sei soluzioni alternative che, a parità di portata e geometria del lato fumi (dimensioni delle alette, delle tubazioni e dei raccordi), differiscono per la geometria e per il materiale dei turbolatori sul lato acqua. Sono state studiate le temperature all’interno del circuito acqua e sono state individuate sulle tubazioni le zone a rischio di stress termico. Le perdite di carico sono state valutate e significativamente ridotte rispetto alla configurazione originale. È stato evidenziato e risolto il fattore di rischio costituito dagli effetti di bordo nel primo e nell’ultimo passaggio dello scambiatore.
In conclusione un approccio CAE-CFD parametrico ha permesso di studiare diverse soluzioni e di trovare i migliori compromessi, inoltre il know-how acquisito ed il database virtuale creato sui condotti fumi-acqua dello scambiatore primario risulta fondamentale per lo studio di successive soluzioni per altre caldaie.” |
