Modellazione a parametri concentrati per la simulazione di eiettori : validazione e screening dei refrigeranti impiegabili

Most of the refrigeration systems available in the market are traditional vapour compression machines moved through an electrical engine. Due to the huge spread of these devices and the increase of the electrical demand the need of alternative technologies able to contain energy consumptions has increased. A possible solution is represented by jet thermal refrigeration. These machines are characterized by some advantages such as low investment and maintenance costs and high reliability. However, due to the low coefficient of performance, this solution hasn’t been able to penetrate into the market. Because the behaviour of the ejector strongly influences the behaviour of the whole refrigeration unit it’s extremely important that one can dispose of suitable modelling tools which allow to perform the correct design of the system. The thesis aims to analyse the ejector device through the application of lumped parameters models and to evaluate the performance of a hypothetical unit with different working fluids. In the first chapter a literature review, which has allowed to introduce the main configurations used in thermal jet refrigeration and their performance, is presented and discussed. Then, in the second chapter, several 1-D models have been selected and validated, enabling to select the most accurate one. Finally, in the third chapter, the selected model has been used to carry out the screening of nine different refrigerants consistent with the new European laws.

La maggior parte dei sistemi di refrigerazione presenti sul mercato sono costituiti da tradizionale macchine a compressione di vapore azionate attraverso un motore elettrico. Vista la crescita esponenziale nella domanda di questi sistemi e l’incremento nei consumi di energia elettrica è sorta la necessità di introdurre tecnologie alternative per contenere i consumi di energia. Una possibile soluzione è costituita dalla refrigerazione termica a getto. Questa famiglia di macchine è caratterizzata da alcuni vantaggi quali bassi costi di investimento e manutenzione ed elevata affidabilità. Tuttavia il loro basso coefficiente di prestazione ha impedito fino ad oggi che penetrassero nel mercato. Poiché dal funzionamento dell’eiettore dipende il comportamento dell’intero sistema è necessario disporre di adeguati strumenti di modellazione in modo da effettuare un corretto dimensionamento del sistema. Questa tesi si pone come obiettivo la modellazione a parametri concentrati (LPM lumped parameters models) dell’eiettore finalizzata a valutare le prestazioni ottenibili da un ipotetico impianto al variare del fluido di lavoro. Nel primo capitolo viene presentato un lavoro di revisione dei lavori presenti in letteratura finalizzato a determinare le principali architetture di macchina nonché gli intervalli di prestazioni che le caratterizzano. Dopodiché, nel secondo capitolo, diversi modelli 1-D sono stati implementati e validati a pari condizioni, consentendo di selezionare il modello più accurato. Infine, nel terzo capitolo, il modello validato è stato utilizzato per effettuare lo screening di nove diversi refrigeranti compatibili con le nuove direttive europee.