Acoustic and thermal analysis on a ventilated heat exchanger using Computational Fluid Dynamics

This work aims to reproduce in the virtual ambient of CFD, through the software Ansys Fluent, an industrial heat exchanger with a strong simplification on the tube bundle, substituted by a porous zone. The acoustic analysis requested from the company which applied for the work Lu-Ve has been performed with two model to compare the results and simplification adopted: the Broadband Noise Source and the Ffowcs-Williams & Hawings acoustic models. The viscous model chosen for the project is the k-epsilon RNG model, in transient condition for the Broadband Noise Source and pseudo transient condition for the Ffowcs-Williams & Hawings. The results show an accurate representation of the volumetric flow, sound power level for the Broadband Noise Source and thermal distribution, while the pressure distribution brings up some uncertainty due to the general value of the porous zone and the Ffowcs-Williams & Hawings has higher error on the result. Overall, it is suggested to reduce the concentration momentum in the central section of the machine to reduce thermal inequity distribution, which could cause stagnation problems in case the machine is used to warm up the working fluid.

Questo lavoro si propone di riprodurre nell'ambiente virtuale di CFD, attraverso il software Ansys Fluent, uno scambiatore di calore industriale con una forte semplificazione sul fascio tubiero, sostituito da una zona porosa. L'analisi acustica richiesta all'azienda richiedente l'opera Lu-Ve è stata eseguita con due modelli acustici per comparare i risultati e la semplificazione adottata: il Broadband Noise Source e il Ffowcs-Williams & Hawings. Il modello viscoso scelto per il progetto è il modello k-epsilon RNG, in condizione transitoria per la Broadband Noise Source e in condizione pseudo transitoria per la Ffowcs-Williams & Hawings. I risultati mostrano una rappresentazione accurata del flusso volumetrico, del livello di potenza sonora con il Broadband Noise Source e della distribuzione termica, mentre la distribuzione della pressione genera alcune incertezze dovute ai valori associati alla zona porosa e il risultato acustico risulta sovrastimato per il Ffowcs-Williams & Hawings. Nel complesso, si suggerisce di ridurre la quantità di flusso nella sezione centrale della macchina per ridurre la distribuzione termica eterogenea, che potrebbe causare problemi di stagnazione nel caso in cui la macchina venga utilizzata per riscaldare il fluido di lavoro.