ANALISI CFD DI UN INNOVATIVO PROTOTIPO DI ESSICCATORE/FORNO SOLARE

This thesis analyzes, by means of computational fluid dynamics (CFD), the thermo-fluid dynamic behavior of an innovative prototype of a solar dryer/oven, within the development of decentralized systems for low- and medium-temperature heat production. The objective is to characterize the temperature distribution inside the device, assessing the ability of the numerical model to reproduce the behavior observed experimentally. The prototype consists of an aluminum absorbing sphere and, in the oven configuration, an external glass enclosure that forms an air gap and allows the exploitation of solar radiation transmission and the greenhouse effect. Three-dimensional models were developed in Ansys Fluent for the two operating configurations, adopting the Boussinesq approximation for natural convection and the Surface-to-Surface and Solar Ray Tracing models to describe radiative heat transfer. The numerical results were compared with reference experimental data. For the solar dryer configuration, the simulation shows an average temperature in the central area of the chamber of 55.83 °C. Comparison with the experimental value of 55.50 °C results in a deviation of +0.33 °C, corresponding to approximately 0.60%. In the solar oven configuration, the central operating temperature reaches 73.21 °C. Comparison with the experimental value of 78.40 °C shows a deviation of −5.19 °C, corresponding to approximately 6.6%. The results confirm the ability of the CFD model to describe the main thermo-fluid dynamic phenomena of the prototype under the conditions analyzed, while constituting a preliminary study.

Il presente elaborato analizza mediante la fluidodinamica computazionale (CFD) il comportamento termofluidodinamico di un innovativo prototipo di essiccatore/forno solare, nell’ambito dello sviluppo di sistemi decentralizzati per la produzione di calore a bassa e media temperatura. L’obiettivo è caratterizzare la distribuzione della temperatura all’interno del dispositivo, verificando la capacità del modello numerico di riprodurre il comportamento osservato sperimentalmente. Il prototipo è costituito da una sfera assorbente in alluminio e, nella configurazione come forno, da un involucro esterno in vetro che forma un’intercapedine e consente di sfruttare la trasmissione della radiazione solare e l’effetto serra. Sono stati sviluppati modelli tridimensionali in ambiente Ansys Fluent per le due configurazioni operative, adottando l’approssimazione di Boussinesq per la convezione naturale e i modelli Surface-to-Surface e Solar Ray Tracing per la descrizione degli scambi radiativi. I risultati numerici sono stati confrontati con dati sperimentali di riferimento. Per la configurazione come essiccatore solare, la simulazione evidenzia una temperatura media nella zona centrale della camera pari a 55.83 °C. Il confronto con il valore sperimentale di 55.50 °C restituisce uno scostamento di + 0.33 °C, corrispondente a circa lo 0.60 %. Nella configurazione come forno solare, la temperatura operativa centrale raggiunge 73.21 °C. Il confronto con il valore sperimentale di 78.40 °C evidenzia uno scostamento di -5.19 °C, pari a circa il 6.6 %. I risultati confermano la capacità del modello CFD di descrivere i principali fenomeni termofluidodinamici del prototipo nelle condizioni analizzate, pur configurandosi come uno studio preliminare.