Modellazione di collettori solari termici a circolazione naturale con e senza vapor chamber e confronto tra risultati sperimentali ed output del modello

Il funzionamento dinamico del collettore solare con e senza l’applicazione della vapor chamber è stato analizzato mediante un modello costruito in ambiente Matlab/Simulink, validato sia con simulazioni termofluidodinamiche (CFD) con il codice di calcolo Ansys/Fluent sia con le prove sperimentali indoor compiute su tale collettore. La costruzione del modello in Matlab/Simulink e le simulazioni in Ansys/Fluent sono state realizzate presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Padova, mentre le prove sperimentali indoor sono state eseguite con la collaborazione di ENEA presso il laboratorio dell’azienda Kloben a Bovolone, provincia di Verona. Inizialmente vengono riportate le metodologie con cui sono state effettuale le simulazioni in Ansys/Fluent per le diverse configurazioni (inclinazione del dispositivo, diverso diametro del canale, condizioni di adiabaticità e presenza/assenza della vapor chamber) e i confronti fra quest’ultime. Successivamente viene presentata l’impostazione del modello nella sua forma più generale esponendo in modo dettagliato le equazioni e le condizioni al contorno che definiscono il modulo singolo del collettore dal punto di vista termico (modello a resistenze e capacità termiche) e fluidodinamico (modello della conservazione della quantità di moto). In seguito si è riportata la validazione del modello in Matlab/Simulink con le simulazioni compiute in Ansys/Fluent per le diverse configurazioni del collettore solare. Inizialmente il modello in Matlab/Simulink è stato confrontato con le prove sperimentali indoor per un collettore solare sprovvisto di piastra. Nei capitoli successivi si è validato il modello in Matlab/Simulink per un collettore solare provvisto di piastra, con prove sperimentali indoor compiute con l’applicazione di una resistenza a striscia. Nel seguito vengono riportate simulazioni in Ansys/Fluent e prove sperimentali relative al collettore completo di vapor chamber. Nell’ultimo capitolo il modello teorico viene applicato per analizzare il funzionamento dinamico del collettore solare per diverse condizioni al contorno (flusso termico imposto e temperatura dell’aria), per diversi angoli di inclinazione e per diversi diametri del canale, dal punto di vista degli andamenti temporali di temperatura e di velocità del fluido termovettore.