Il principale obiettivo che è stato raggiunto con questo lavoro è stato quello di sviluppare (ed implementare in programmi di calcolo) modelli matematici che consentono di simulare il comportamento termo-fluidodinamico dei fluidi criogenici. Tali fluidi sono convogliati in convezione forzata all’interno dei nuove tipologie di criostato per cavi superconduttori che prevedono l’utilizzo contemporaneo di più fluidi criogenici differenti. In particolare, è importante la valutazione della stabilità del comportamento del cavo superconduttore al variare delle condizioni che possono influire sulla efficacia della sua refrigerazione, quindi sul suo comportamento elettromagnetico e perciò sulla affidabilità e sicurezza del cavo stesso.

In questo studio, a partire dalla derivazione delle equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi, è stato sviluppato un nuovo modello matematico che descrive il comportamento termo-fluidodinamico accoppiato di criostati con più fluidi. A partire da questo modello è stato poi realizzando un programma di calcolo nel quale sono stati implementati i metodi numerici per la soluzione del sistema non lineare di equazioni differenziali che costituiscono la formulazione del modello stesso. Il programma è di tipo parametrico e quindi è possibile eseguire in modo efficace analisi di sensibilità del comportamento dei fluidi criogenici alla variazione dei parametri di funzionamento nel criostato del cavo superconduttore.

Le simulazioni condotte con il modello e il programma descritti sono relative a un criostato per cavo superconduttore a doppia camera che impiega quindi due fluidi in convezione forzata: elio gassoso, come fluido “freddo”, e azoto liquido, come fluido “caldo”. In particolare, i risultati riportati in questo documento riguardano le simulazioni eseguite al variare dei valori di quattro grandezze di input, fondamentali per il criostato, che sono state fatte variare tra un valore minimo ed uno massimo con un certo passo.

Tali grandezze sono:

• la portata di azoto liquido nel condotto esterno;
• la portata di elio gassoso nel condotto interno;
• il valore degli ingressi termici attraverso l’involucro interno;
• il valore degli ingressi termici attraverso l’involucro esterno.