mercoledì 28 ottobre 2020

STEP#5.2 - Il principio fisico - Il bilancio termico

È fondamentale per la trattazione dell’AFC trattare il caso di un cilindro caldo immerso in una corrente fluida. Il bilancio termico in questo caso sarebbe:

Calore immagazzinato = Potenza elettrica – Calore trasferito all’esterno

dE/dt = Pe-Q


Si utilizzano le seguenti assunzioni:

-          Il calore immagazzinato dal filo è trascurabile;

-          Tw è uniforme lungo la lunghezza del filo;

-          Il calore trasmesso per conduzione ed irraggiamento dal filo è trascurabile;

-          La velocità è uniforme lungo la lunghezza del filo ed è molto inferiore alla velocità del suono;

-          La temperatura e la densità del fluido sono uniformi;


Allora si può scrivere:

I2Rw=Awh[Tw-T0]

 (Il secondo membro è derivato dalla legge del raffreddamento di Newton)

Combinando questa equazione con l’equazione che lega resistenza e temperatura del post precedente:

I2Rw=πDLh[(Rw-R0)/(R0b)]

Quindi si va ad introdurre il numero di Nusselt Nu=hD/λàh=Nuλ/D

(I2Rw)/(Rw-R0) = (πLNuλ)/(R0b)

Il numero di Nusselt per un cilindro caldo immerso in un fluido si può esprimere tramite i numeri di Raynolds e di Prandtl tramite relazioni ricavate sperimentalmente che sono state ottenute nel tempo. Si userà quella ricavata da Kramers nel 1946:

Nu=0.42Pr0.26+0.57Pr0.53Re0.5

(valido per un determinato range di valori di Pr e Re)

Andando a sostituire avremo:

(I2Rw)/(Rw-R0)=(πLλ[0,42Pr0.26+0.57Pr0.53Re0.5]/(R0b)

Con Re0.5=[(ρDV)/μ]0.5

Che quindi si può riscrivere semplificando e mettendo a sistema con la cosiddetta “legge di King”:

(I2Rw)/(Rw-R0)= A+BVn

con n=0.5 in questo caso

E2=A+BVn

Si otterranno n e B da calibrazione dello strumento ed A=E02. Risolvendo il sistema avremo la tensione in relazione con la velocità del fluido.

 


Bibliografia:

P.C. STAINBACK e K. NAGABUSHANA, Review of Hot-Wire Anemometry Techniques and the Range of their Applicability for Various Flows, in «Journal of Fluid Engineering», Anno XXIV (1997)

L.LÖFDAHL, M. GAD-EL-HAK, Sensor for Turbolence Measurements and Control, in The MEMS Handbook, edito da M. GAD-EL-HAK, Boca Raton: CRC Press, 2002, vol.III, par. 26.4.3

 

Sitografia:

Immagine pg. 16 e fonte:

https://www.politesi.polimi.it/handle/10589/139632

Fonti consultate:

http://web.tiscali.it/orrupf/filocaldo.htm

http://www.lth.se/fileadmin/ht/Kurser/MMV211/lab2b-pm-Eng-2009.pdf

https://pdfs.semanticscholar.org/bf5c/b1bfc2d3da7b8f204a1b29fba2d7dccb511a.pdf

https://www.aere.iastate.edu/~huhui/teaching/2014Sx/class-notes/AerE344-Lecture-06-Hotwire-Anemomtry-and-Airfoil-Pressure-Lab.pdf

http://www.ara.bme.hu/neptun/BMEGEATMW03/2012-2013-II/Presentation/Hot-Wire%20Anemometry.pdf


[Tutti i link controllati e funzionanti il 13 Gennaio 2020]


Nessun commento:

Posta un commento