UNIVERSITA’ DI NAPOLI FEDERICO II DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE (DIAS) DISPOSITIVI A GETTO SINTETICO IN FLUIDICA Luigi de LucaLuigi Mongibello.

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1 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

2 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

3 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

4 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.

5 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.

6 Introduzione – 4/5 Visualizzazione del saddle point

7 Introduzione – 5/5

8 Controllo del flusso separato a valle di un cilindro

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

10 Getto sintetico isolato

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

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

13 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

14 Applicazioni al raffreddamento di superfici Impiego di valvole ad una via

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16 Caso di getti sintetici incidenti

17 Applicazioni al raffreddamento di superfici Ambiente chiuso

18 Applicazioni al raffreddamento di superfici Raffreddamento di micro-chips

19 Applicazioni al raffreddamento di superfici Generazione di un flusso tangenziale

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

21 Getti sintetici ibridi Diodi a fluido

22 Getti sintetici ibridi – Dettagli di diodi a fluido

23 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