Trasporto di calore in flussi laminari confinati con scambio fluido–matrice non uniforme

Il presente lavoro propone un modello numerico in ambiente MATLAB per lo studio del trasporto di calore in un flusso laminare all'interno di micro-condotti piani (flusso di Poiseuille). L’analisi si concentra sull’iniezione di un fronte termico per investigare il comportamento transitorio del sistema in condizioni di elevato numero di Péclet. L’obiettivo principale è analizzare come l’eterogeneità spaziale delle proprietà termiche della matrice solida circostante influenzi il trasporto di energia nel canale. L'eterogeneità è modellata tramite variazioni spaziali della diffusività termica parietale, considerate sia in configurazioni deterministiche sia mediante campi stocastici log-normali. L’impatto di tali configurazioni è valutato analizzando la risposta termica media in uscita, descritta dalla Breakthrough Curve (BTC). I risultati evidenziano che le eterogeneità parietali modificano significativamente la dinamica del transitorio, causando un’attenuazione del picco del segnale e un prolungamento della coda asintotica, associata al rilascio diffusivo dell’energia immagazzinata nella matrice. In regimi di forte avvezione, il trasporto longitudinale media parzialmente le fluttuazioni spaziali di piccola scala, riducendo la sensibilità della risposta macroscopica alla struttura puntuale del campo di diffusività. Questo approccio offre potenziali applicazioni nella diagnostica termica non invasiva per l’identificazione di degrado o shock termico in valvole oleodinamiche, nonché nell’analisi del comportamento termico di micro-canali irregolari realizzati tramite Additive Manufacturing. Il modello costituisce una solida base computazionale, estendibile a domini tridimensionali o a complessi fenomeni di trasporto coniugato in geometrie fortemente confinate.