Study on the effects of geometry on laminar flow in helical coiled pipes

Al fine di soddisfare la crescente domanda di energia prevista nei prossimi anni, dovuta al rapido sviluppo di economie emergenti, diversi progetti per reattori nucleari innovativi sono in fase di studio. Essi si pongono l'obiettivo di migliorare le caratteristiche degli impianti esistenti, in particolare agendo su quattro obiettivi principali: economicità, sostenibilità, sicurezza e affidabilità e resistenza alla proliferazione. Per poter raggiungere tutti questi obiettivi, miglioramenti sono allo studio sia sul ciclo del combustibile, sia sulla struttura dell'impianto. In questo lavoro, particolare attenzione viene posta sullo studio della geometria del generatore di vapore. Questo è un componente molto importante dell'impianto e rappresenta una criticità sia dal punto di vista dell'economia che da quello delle prestazione. Nuove geometrie sono state infatti recentemente proposte per progetti di reattori innovativi, quali quelli modulari. La configurazione elicoidale in particolare può garantire un aumento del coefficiente di scambio termico e una riduzione dell'ingombro. Allo stesso tempo però è possibile anche che vi sia un aumento delle perdite di carico globali. In questo senso sorge la necessità di determinare l'effetto della geometria sul moto del fluido e determinare quali parametri possano garantire il miglior compromesso. In questa tesi, partendo dalla letteratura in materia e dalla modellizzazione analitica del flusso monofase in geometria elicoidale, si è sviluppato un nuovo approccio per la soluzione numerica del problema che permetta di meglio comprendere l'effetto dei parametri geometrici dell'elica sul flusso. Le simulazioni sono poi state confrontate con dati sperimentali e correlazioni empiriche per regime laminare.