Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W001545] - TERMOTRONICACOOLING TECHNIQUES FOR ELECTRONIC EQUIPMENTS
Renato RICCI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [IM09] INGEGNERIA MECCANICA Master Degree (2 years) - [IM09] MECHANICAL ENGINEERING
Dipartimento: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze MatematicheDepartment: [040004] Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Anno di corsoDegree programme year : 1 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2022-2023
Anno regolamentoAnno regolamento: 2022-2023
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-IND/10 - FISICA TECNICA INDUSTRIALE

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

ITALIANO

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscenza di Fisica Generale, Fisica Tecnica e Fluidodinamica

General Physics, Thermodynamics, Fluid dynamics


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

Lezioni di Teoria, 64 ore
Esercitazioni di laboratorio, 8

Class lessons, 64 h.
Lab lesson, 8h.


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

Il corso fornisce tutte quelle conoscenze avanzate sulla Trasmissione del Calore al fine di dimensionare sistemi di scambio termico, tradizionali ed innovativi, da utilizzare in motori a combustione interna, in turbine a vapore ed a gas ed in sistemi di potenza per la trazione elettrica e/o ibrida. Allo sviluppo teorico e progettuale saranno affiancati due percorsi paralleli: la progettazione termofluidodinamica mediante modelli di calcolo numerico e lo sviluppo di esercitazioni di laboratorio. Lo studente in tal modo acquisirà una maggiore conoscenza del settore dell'ingegneria meccanica in generale, e svilupperà una maggiore consapevolezza progettuale nel settore della Trasmissione del Calore (Scambiatori di calore, Cold-Plates, Heat Pipes, modellazione di micro heat exchangers, anche per sistemi biomedici, ecc..)


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Grazie all’approccio misto numerico-sperimentale sarà possibile affacciarsi al percorso progettuale con maggiore maturità, affrontandone anche gli aspetti normativi e di compatibilità chimico-fisica dei materiali costruttivi.


Competenze trasversali.

Le capacità e le competenze prima descritte, se pienamente acquisite mediante una solida formazione teorica e progettuale, contribuiranno ad incrementare capacità di apprendimento in autonomia dello studente.


Knowledge and Understanding.

The course treats Heat Transfer advanced topics with the aim to provide design techniques for the main heat transfer devices to be applied in internal combustion engines, steam and gas turbines and power systems for electric and hybrid vehicles.
Theoretical and design topics will be addressed in thermo-fluid dynamic field using both numerical and experimental techniques. Laboratory lessons will be also held.
Students will improve their design skill in the Heat Transfer are (Heat Exchangers, Cold-plates, Heat pipes, micro heat-exchangers modelling also for biomedical applications)


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

Students will improve their design skills combining experimental and numerical techniques.
Regulatory aspects will be also taken into account as well as chemical-physical compatibility.


Transversal Skills.

Skills above described, if completely achieved, will improve studens autonomous learning



PROGRAMMA PROGRAM

Generalità sui meccanismi di scambio termico. Lo Scambio Termico per Irraggiamento. La Termografia infrarossa ed il suo uso nella diagnostica termica. Misure in laboratorio con l’utilizzo di macchine termografiche sia fotoniche che bolometriche. Lo scambio termico per Conduzione: generalità. Lo scambio termico conduttivo monodimensionale in condizioni Stazionarie (Pareti multistrato, Geometrie cilindriche, progettazione di dissipatori alettati). Lo scambio termico conduttivo monodimensionale in Condizioni Transitorie (Riscaldamento/Raffreddamento Newtoniano, Mezzi seminfiniti, etc.). Lo scambio termico conduttivo in geometrie 2-D e 3-D mediante l’uso di tecniche numeriche di soluzione (Metodi ai Volumi di Controllo e Differenze Finite). Lo Scambio termico per Convezione Forzata in Flussi Interni. Lo Scambio termico in Convezione Forzata in Flussi Esterni, Lo Scambio termico per Convezione Naturale. Lo scambio termico in cambiamento di fase (Ebollizione/Condensazione).

Problematiche di controllo termico nell’elettronica di potenza per la trazione elettrica (Circuiti integrati, Componenti di Potenza, Power-MOS, Diodi e Tiristori, Transistor di Potenza, convertitori AC-DC e DC-AC, Batterie, Motori e Fuel Cells), Fenomeni di scambio termico all’interfaccia dispositivo-dissipatore: Heat Spreading, resistenza termica di contatto, utilizzo di materiali conduttivi (Paste termiche, Thermal Paddle, Phase Change Material, Nastri conduttivi, etc). Esercitazione di laboratorio sulla resistenza termica di contatto.
Progettazione di superfici alettate. Dimensionamento di scambiatori di calore compatti e a fascio tubiero. Progettazione di una Cold Plate a liquido.
Durante il corso verrà spiegato ed utilizzato il pacchetto software di simulazione termofluidodinamica: FLOWTHERM.

Introduction to heat transfer mechanisms. Radiative heat transfer. Infrared thermography and its application to thermal diagnostics. Experimental measurements by means of photonic and bolometric IR cameras. Conductive heat transfer. Monodimensional steady conductive heat transfer (multi layer slabs, cilyndrical geometries, heat sinks). Monodimensional unsteady conductive heat transfer (lumped parameters heating and cooling, semi-infinite medium). 2D and 3D conductive heat transfer by means of numerical methods (control volumes and finite differences). Internal and external forced convective heat transfer. Natural convection heat transfer. Phase change heat trasnfer (boiling and condensation).
Thermal management for electric vehicle power systems (integrated circuits, power components, Power-MOS, Transistor, AC-DC/DC-AC converters, Batteries, Motors and Fuel cells). Device-heat sink interface heat transfer phenomena. Heat spreading. Contact thermal resistance, conductive material adoption (thermal pastes, thermal paddle, phase changes materials, . ). Laboratory test on contact thermal resistance.
Heat sinks design. Design of shell and tubes and compact heat exchangers. Design of cold plates.
During the course will be developed lessons and exercises based on thermo-fluid dynamic package FLOWTHERM.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Il livello di apprendimento degli studenti viene valutato attraverso una prova orale.


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

Nel corso della prova orale lo studente dovrà dimostrare di aver appreso gli elementi fondamentali relativi a ciascun meccanismo di scambio termico e la loro applicazione ai principali dispositivi di controllo termico. Lo studente riceverà una valutazione positiva laddove dimostrerà di avere una sufficiente padronanza degli argomenti trattati durante il corso. La valutazione massima verrà raggiunta nel caso in cui sarà dimostrata un'approfondita conoscenza dei contenuti del corso unita ad una capacità di analisi critica dei problemi di scambio termico.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Durante lo svolgimento del corso sono previste delle esercitazioni a gruppi con esposizioni del lavoro svolto.
Viene attribuito un voto in trentesimi con eventuale lode. Il voto minimo per il superamento dell’esame è di 18 trentesimi.


Criteri di attribuzione del voto finale.

Il voto finale verrà attribuito sulla base della prova orale. La lode verrà attribuita agli studenti che dimostreranno la completa padronanza della materia.


Learning Evaluation Methods.

Oral examination


Learning Evaluation Criteria.

In the oral examination students have to show their knowledge of heat transfer mechanisms. The application of these mechanisms to thermal management equipments have also to be demonstrated. The full mark will assigned to students which will put in evidence a deep knowledge of course topics.


Learning Measurement Criteria.

During the course will be organized laboratory experiments. Students organized in small teams in order to conduct the activities.
Allocation of the final mark in thirtieths


Final Mark Allocation Criteria.

The final mark is result of the oral examination



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

T. L. Bergman, A. S. Lavine - Fundamentals of Heat and Mass Transfer – John Wiley & Sons Ltd, 2017

I. Dincer, H. S. Hamut & N. Javani - Thermal Management of Electric Vehicle Battery Systems – John Wiley & Sons Ltd, 2017

FloTHERM XT ftxt3.3 e superiori User Guide

Materiale didattico elettronico disponibile su piattaforma Moodle di Ateneo https://learn.univpm.it

T. L. Bergman, A. S. Lavine - Fundamentals of Heat and Mass Transfer – John Wiley & Sons Ltd, 2017

I. Dincer, H. S. Hamut & N. Javani - Thermal Management of Electric Vehicle Battery Systems – John Wiley & Sons Ltd, 2017

FloTHERM XT ftxt3.3 User Guide
Course Material:
https://learn.univpm.it


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2022-2023
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2022-2023

 


Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427