Il trasferimento termico nei polimeri

Un aspetto critico dell’approccio sviluppato nel progetto HTC (“Determination of heat transfer coefficients by inverse methods”) consisteva nel determinare il trasferimento termico sulla superficie dei componenti dei polimeri. Per calcolare le condizioni di trasferimento termico, occorre valutare la temperatura superficiale e il flusso di calore. Queste proprietà sono difficili da determinare direttamente mediante misurazioni.

In questa luce, i metodi inversi sviluppati dai ricercatori HTC permettono di valutare le condizioni di limite della storia termica all’interno del solido. In particolare, la procedura prevede misurazioni della risposta in temperatura all’interno del componente particolare, successivamente convertita in flusso di calore e temperatura superficiale.

Tale cosiddetto metodo conduzione termica inversa porta ad un problema mal posto, che non soddisfa i criteri per esistenza, unicità e stabilità della sua soluzione. In passato, molti sforzi sono stati dedicati a ottenere una soluzione che fosse precisa e non dipendente dal disturbo nelle misurazioni della temperatura. Inoltre, i problemi esaminati hanno interessato esclusivamente la stima del flusso di calore e la temperatura ai limiti.

Il team HTC si è focalizzato sui coefficienti di trasferimento termico, che accompagnano il trasferimento di calore attraverso la superficie del solido. Hanno trattato il problema della valutazione dei coefficienti dipendenti dallo spazio, dal tempo e dalla temperatura sia come problema lineare che non lineare. Per ottenere una soluzione realistica dal punto di vista fisico, è stata utilizzata una nuova tecnica di regolarizzazione, il metodo del gradiente coniugato.

Per verificare l’efficacia del metodo per sopprimere la sensibilità al rumore nella soluzione calcolata è stata condotta una serie di esperimenti numerici. Inizialmente valutata per problemi derivanti nella progettazione di strutture e prodotti polimerici, la ricerca HTC sarà proseguita per indagare sulle colate di metallo e gli scambiatori di calore a tubi alettati.

C’è una ricerca significativa ancora da condurre nella teoria problemi inversi, ma sono stati compiuti i primi passi. Soprattutto, è prevista l’individuazione di ulteriori applicazioni attraverso una stretta collaborazione con i partner industriali di HTC. L’adozione di tecniche computazionali efficienti dovrebbe contribuire alla competitività dell’industria europea.