Studio della circolazione naturale del fluido FC43 in un circuito idraulico verticale : modellazione e confronto con risultati sperimentali

In this thesis, the characteristics of the natural circulation stability of the FC43 fluid in a vertical and rectangular loop have been investigated. For this purpose, two different modelling approaches have been adopted. The first one examines the asymptotic behavior of the natural circulation loop by using a semi-analytical linear method to define dimensionless stability maps. The second one focuses on the dynamics of the system adopting nonlinear numerical models (based on 1D finite-element approach) to study its behavior in time. The computational tool used for running the numerical simulations is an objected-oriented software, named Dymola. A critical comparison of the stability maps and the numerical simulations against the experimental data obtained in the L2 facility built at DIME-Tec Labs (University of Genoa) has been carried out. Moreover, a sensitivity analysis has been performed for the laminar-turbulent transition region. The study highlighted the critical issues related to the laminar-turbulent transition, to the intrinsic chaotic behavior of a fluid in natural circulation conditions, and to the FC43 thermo-physical properties as well.

In questo lavoro di tesi sono state studiate le caratteristiche di stabilità e instabilità dell’equilibrio in circolazione naturale del fluido FC43 all’interno di un circuito idraulico verticale di forma rettangolare. Sono stati utilizzati due diversi approcci modellistici. Il primo ha portato all’analisi della stabilità asintotica dell’equilibrio attraverso l’utilizzo di un metodo semi-analitico lineare per la definizione delle mappe di stabilità. Il secondo approccio ha previsto l’impiego del software Dymola, uno strumento di simulazione monodimensionale ad elementi finiti, che sfrutta la modellazione orientata agli oggetti con un approccio non lineare per analizzare la dinamica del sistema in circolazione naturale nel tempo. È stato infine effettuato un confronto critico con i dati sperimentali provenienti dal circuito idraulico L2 costruito presso i laboratori DIME-Tec dell’Università di Genova, per la valutazione dei modelli utilizzati, effettuando un’analisi di sensitività al confine tra moto laminare e moto turbolento. Lo studio ha messo in evidenza le criticità legate alla transizione laminare-turbolento, al comportamento intrinsecamente caotico del fenomeno studiato e alle proprietà termofisiche del fluido utilizzato.