37464 - TURBOMACCHINE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo Studente padroneggia le metodologie di base per affrontare la progettazione termofluidodinamica delle turbomacchine. Il percorso logico adottato permette allo Studente di acquisire conoscenze per il dimensionamento “esterno” delle macchine, mediante l’uso di correlazioni statistiche, il dimensionamento monodimensionale e l’approccio bidimensionale, con sviluppo ed applicazione di tecniche aerodinamiche, considerando macchine motrici e operatrici a fluido incomprimibile e comprimibile.

Contenuti

FLUIDODINAMICA TRIDIMENSIONALE DELLE TURBOMACCHINE

Equazioni del moto (continuità, momento ed energia, formula di Crocco) per un fluido comprimibile in uno spazio tridimensionale ed in coordinate cilindriche.

Equazione costitutiva per il tensore degli sforzi. Equazioni di Navier Sotkes.

Rotore in coordinate cilindriche: vorticità. Campo di moto irrotazionale, il potenziale vettore e sue proprietà. Campo di moto solenoidale: il potenziale di velocità e sue proprietà. Ortogonalità delle linee iso potenziale di velocità  iso potenziale vettore.

FUNZIONI DI VARIABILE COMPLESSA

Condizioni di Cauchy Reiemann e le funzioni olomorfe. Il potenziale complesso e la velocità complessa. La trasformazione conforme e il mantenimento degli angoli tra le tangenti alle curve in un piano e le corrispettive tangenti alle curve nel piano trasformato.

Potenziale complesso nel caso di sorgente puntiforme e nel caso di sorgente a vortice libero.

PROFILI NACA

Classificazione. Costruzione di un profilo NACA a 4 cifre. Librerie di profili presenti in letteratura e online (airfoiltools).

FORZA SU UN PROFILO ISOLATO

Portanza, coefficiente di portanza e di pressione per un profilo. Utilizzo della forza complessa per determinare la formula di Blasius per un profilo isolato. Correlazione tra portanza e circolazione per un profilo isolato. Th. di Joukowsky. Condizione di Kutta. Determinazione del coefficiente di portanza e di resistenza per un profilo posto in schiera nel caso di assenza e presenza di perdite. Espressione analitica per il Coefficiente di portanza e resistenza per un profilo mobile.

APPROSSIMAZIONE DEL FLUSSO TRIDIMENSIONALE NELLE TURBOMACCHINE

Flussi assialsimmetrici. Coordinate assialsimmetriche ortogonali. Funzione di corrente di Stokes. Espressione della funzione di corrente di Stokes sulla superficie S2 (piano meridiano) e nel caso di superficie S1 blade to blade. 

Analisi del flusso in un canale palare mediante utilizzo di software dedicati (Mathematica, Matlab, Fluent, OpenFoam).

COMPRESSORI TRANSONICI

Onde d’urto normali ed oblique. Bow wave e normal shock in un canale palare di un compressore transonico, perdite energetiche.

PERDITE ENERGETICHE NELLE SCHIERE DI PROFILI PALARI

Perdite dovute al moto laminare a al moto turbolento.

Perdite dovute al difetto di deviazione per profili assiali (teoria di Konig) e radiali (teoria di Busemann).

Perdite dovute ai vortici di passaggio (hub and tip endwall losses); ai vortici di estremità (tip clearance losses), ai vortici a ferro di cavallo (horsesohoe losses);

PROGETTAZIONE e DIMENSIONAMENTO DI MASSIMA DI UNA TURBOMACCHINA

Pale radiali; determinazione del profilo di una pala radiale mediante trasformazione conforme. Utilizzo di software CAD per il tracciamento 3D del palettamento.

Pale assiali; Equilibrio radiale semplice. Tipologie di progettazione del palettamento con il metodo del free vortex design (lavoro, grado di reazione angoli alfa e beta). Andamento della velocità circonferenziale con il Constant reaction design e Exponential design. Confronto tra i metodi.

Una video presentazione dell'insegnamento è disponibile attraverso il link in alto a destra di questa pagina.

Testi/Bibliografia

Dispense fornite dal docente.

Metodi didattici

Spiegazione in aula mediante utilizzo di lavagna elettronica. Utilizzo software per la modellazione delle turbomacchine.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Lo studente dovrà affrontare una prova finale orale sul programma svolto e commentare un elaborato effettuato in gruppo relativo alla moderazione del flusso in un canale palare o alla progettazione di un palettamento radiale o assiale di una turbomacchina.

Strumenti a supporto della didattica

Utilizzo di software per la modellazione del flusso e delle pale nelle turbomacchine sia in 2D sia in 3D.

Parti di Turbine e compressori portate a lezione e spiegate agli studenti.

Link ad altre eventuali informazioni

https://youtu.be/ApgdrFq4KHM

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Peretto