• circolazione naturale
• diffusione numerica
• fluidi supercritici

L’analisi di stabilità per i circuiti in circolazione naturale con fluidi supercritici rappresenta un interessante argomento di studio; ad oggi, numerosi gruppi di ricerca nel mondo stanno raccogliendo dati sia di natura sperimentale che numerica attraverso la realizzazione di modelli specifici. Nei lavori precedenti a questa tesi (Ambrosini, et al., 2012) è stato realizzato un programma di simulazione per l’analisi di stabilità di circuiti in circolazione naturale con fluidi supercritici basato sulla risoluzione delle equazioni di conservazione in forma monodimensionale, attraverso una loro discretizzazione con uno schema di primo ordine. Il programma dava la possibilità di simulare modelli realistici dei circuiti sperimentali e, tramite una linearizzazione delle equazioni transitorie, poteva generare mappe di stabilità in funzione di diverse variabili.
Lo scopo di questa tesi è quello di includere uno schema a bassa diffusione numerica all’interno del programma. In particolare è stato implementato un schema upwind di secondo ordine in una forma a volumi finiti con una definizione appropriata della ‘donor cell’ per l’equazione di conservazione dell’energia. Il risultato ottenuto è stato un basso impatto della diffusione numerica sui risultati, anche utilizzando un basso numero di nodi per discretizzare il dominio computazionale. Il programma è stato applicato con successo rispetto ai dati disponibili in termini numerici e sperimentali. Il ‘tool’, adesso, può esser usato come mezzo di studio rispetto alla circolazione naturale con fluidi supercritici riguardo alla scelta del modello di scambio termico più appropriato, escudendo la possibilità di avere effetti dovuta alla discretizzazione numerica.


Stability of natural circulation loops with fluids at supercritical pressure represents an interesting research subject allowing for advanced model development and application. At present time several researchers worldwide are collecting data both in experimental and numerical activities with the realization of specific models.
In a previous step of the research whose latest results are reported in this thesis (Ambrosini, et al., 2012), a computer programme was developed aiming at setting up a tool based on 1D balance equations for the linear and the nonlinear stability analysis of natural circulation loops, with main attention to those equipped with fluids at supercritical pressure. The monodimensional equations are discretized by a first order numerical scheme. This tool allows a realistic modeling of experimental facilities and, through a linearization of transient equations, generates stability maps as a function of several variables of investigation.
The aim of this thesis is inclusion a low diffusion numerical scheme into the program; in particular, a second order upwind scheme in a “donor cell” form (for the energy equation) is adopted thus achieving a very low impact of numerical diffusion even with relatively coarse nodalizations. The resulting program has been applied with success to relevant available data, from both theoretical and experimental analyses. Now, the programme can be used as a tool for discussing the important issues of the selection of the most appropriate correlations for heat transfer and friction in natural circulation conditions with supercritical pressure fluids, allowing for excluding a priori a too large effect of the numerical discretisation on the obtained results.