Studio parametrico delle prestazioni di scambio termico nell’ebollizione di fluidi dielettrici

La tecnica di raffreddamento di superfici per mezzo dell’ebollizione del fluido in esso immerse (pool boiling) rappresenta attualmente uno dei meccanismi di scambio termico più efficienti e in rapido sviluppo nella gestione termica di molte applicazioni (schede elettroniche, impianti nucleari e di potenza, apparecchiature aerospaziali, ecc.). Lo scopo della presente tesi è contribuire ad approfondire il processo analizzando, per mezzo di prove sperimentali condotte su un’apposita apparecchiatura, come e in che misura i parametri operativi in gioco possano influenzarne le prestazioni. In particolare, l’interesse è concentrato sull’analisi del valore limite di potenza termica asportabile con l’ebollizione (definito con l’acronimo CHF – Critical Heat Flux) e sugli andamenti del coefficiente di scambio termico convettivo al variare di: strutture superficiali di scambio, fluidi dielettrici utilizzati (commercializzati dalla 3M Company con i nomi, rispettivamente, di FC-72 e Novec 649), sottoraffreddamento del fluido rispetto alla condizione di saturazione (0, 5, 25 e 35 °C), applicazione di un campo elettrico (15 kV per FC-72; 15, 10 e 5 kV per Novec 649). Per FC-72 i risultati confermano l’effetto di miglioramento, già noto in letteratura, che i parametri operativi sopra citati apportano al processo, mentre il Novec 649 risulta molto più suscettibile alle forze elettriche e, quando sottoposto al campo elettrico, manifesta una diminuzione del CHF in prossimità delle superfici microstrutturate. Nell’ultima parte dell’elaborato viene presentato un confronto fra quanto ottenuto per FC-72 e quanto ricavato dall’analisi dei dati delle prove in microgravità svolte, col medesimo apparato, durante la 78° Campagna di Volo Parabolico dell’Agenzia Spaziale Europea di marzo 2022: in assenza di gravità, la presenza del campo elettrico aumenta il limite del CHF che si mantiene comunque a livelli inferiori rispetto a quanto avviene in gravità terrestre, mentre il coefficiente di scambio non mostra sempre il medesimo comportamento e su certe superfici tende ad aumentare. Il presente studio fornisce elementi importanti per la caratterizzazione delle prestazioni di ebollizione, aprendo la strada a ulteriori studi per comprendere nel dettaglio l’interazione fra campo elettrico e Novec 649