Analisi sperimentale della convezione forzata di liquidi all'interno di microcanali rugosi

In questo lavoro viene descritta una campagna sperimentale mirata a determinare il valore assunto dal numero di Nusselt in microtubi rugosi con scabrezza relativa fino al 4% in regime laminare e di transizione. Sono stati analizzati tre microtubi in acciaio con diametri interni di 440, 280 e 146 m, riscaldati uniformemente per effetto Joule tramite un alimentatore stabilizzato in corrente continua. I risultati sperimentali evidenziano che nel regime laminare il numero di Nusselt si avvicina al valore costante per tubi uniformemente riscaldati al decrescere del numero di Reynolds. La conduzione assiale nel fluido e lo scambio termico coniugato nella parete possono essere trascurati nelle condizioni in cui sono state svolte le prove. All’aumentare del numero di Reynolds la regione di sviluppo termico aumenta la sua influenza, incrementando il valor medio del coefficiente di scambio termico che diventa funzione del numero di Reynolds e di Prandlt nonché del rapporto d/L (diametro interno/lunghezza scaldata). I risultati sperimentali ottenuti in questo lavoro dimostrano come in microtubi con scabrezza relativa inferiore al 4% gli effetti della rugosità sul numero di Nusselt sono trascurabili in regime laminare. Quando si raggiunge il numero di Reynolds critico, in corrispondenza del quale si verifica la transizione tra il regime laminare e quello turbolento, il numero di Nusselt subisce un brusco aumento all’aumentare del numero di Reynolds. Tale comportamento risulta particolarmente accentuato nei microtubi rispetto a quanto si registra nei tubi di dimensioni ordinarie dove l’innesco della convezione mista riduce la variazione a gradino di Nusselt al raggiungimento della transizione.