UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE (DIAS) DISPOSITIVI A GETTO SINTETICO IN FLUIDICA Luigi de LucaLuigi Mongibello Gennaro Coppola Giuseppe Rocco Napoli, 27 febbraio 2008

Sommario Introduzione Esperienza del DIAS per il controllo di flussi Simulazioni numeriche di: Getto sintetico isolato Getto sintetico in crossflow Getti sintetici adiacenti Possibili applicazioni industriali in fluidica Conclusioni

Introduzione – 1/5  Le tecniche di miniaturizzazione hanno consentito la realizzazione di vari dispositivi elettro-meccanici a bassa potenza (MEMS). Di interesse sono quelli a getto sintetico, essenzialmente impiegati nel settore aerospaziale per il controllo di flussi.  I dispositivi a getto sintetico possono essere anche applicati per: orientare un altro getto (continuo o sintetico) raffreddare superfici, specie in piccoli ambienti chiusi migliorare il mescolamento di flussi  In letteratura sono riportate numerose simulazioni numeriche e indagini sperimentali per un’ampia varietà di configurazioni.  L’applicazione industriale dei getti sintetici è innovativa e necessita indagini prototipali

Introduzione – 2/5  Un attuatore di getto sintetico è tipicamente costituito da una membrana piezoelettrica, una cavità, ed un orifizio (fessura, ugello) di uscita.  Non è richiesto un fluido secondario. Assenza di motori, pompe, valvole, ecc…  La portata massica media per ciclo è nulla.

Introduzione – 3/5  La formazione del getto è essenzialmente legata alla interazione dei vortici controrotanti generati dalla separazione del flusso all’uscita dall’orifizio.  In regime puramente laminare il movimento periodico della membrana produce un treno di vortici. In realtà la dissipazione dei vortici dovuta alla transizione al regime turbolento “sintetizza” il getto.

Introduzione – 4/5 Visualizzazione del saddle point

Introduzione – 5/5

Controllo del flusso separato a valle di un cilindro

Getto sintetico isolato Nel corso della simulazione numerica laminare, dopo circa 26 cicli iniziali, il campo di moto diventa pseudo-stazionario.

Getto sintetico isolato

Due getti adiacenti - Mappe di iso-vorticità ∆φ=60°

Due getti adiacenti Mappe di iso-vorticità ∆φ=130°

Applicazioni al raffreddamento di superfici  Dispositivi a bassa potenza (ridotta interferenza elettromagnetica). Dimensioni ridotte. Nessun organo in movimento (come ad es. per le ventoline).  Ambienti aperti e confinati  Per flussi esterni lo scambio termico è più efficace rispetto al getto continuo per l’intenso campo vorticoso  Per flussi confinati il campo di moto sintetico si sovrappone a quello della convezione naturale

Applicazioni al raffreddamento di superfici Impiego di valvole ad una via

Caso di getti sintetici incidenti

Applicazioni al raffreddamento di superfici Ambiente chiuso

Applicazioni al raffreddamento di superfici Raffreddamento di micro-chips

Applicazioni al raffreddamento di superfici Generazione di un flusso tangenziale

Getti sintetici ibridi  volume fluido netto in uscita/ volume pompato

Getti sintetici ibridi Diodi a fluido

Getti sintetici ibridi – Dettagli di diodi a fluido

Conclusioni  Gli attuatori a getto sintetico sono dispositivi MEMS per controllare flussi, raffreddare superfici, aumentare il mescolamento.  Impiegano bassa potenza, non richiedono fluidi addizionali, minimizzano la richiesta di pompe e condotti.  Per flussi esterni i coefficienti di scambio sono elevati a causa dell’intenso campo di vorticità  L’idea dei getti sintetici ibridi, facenti uso di diodi a fluido, è raccomandato nelle cavità chiuse