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

Presentazione del corso. Richiami di termodinamica e fluidodinamica monodimensionale delle macchine. Classificazione delle turbomacchine. Turbomacchine centrifughe e centripete. (1a)

Ugelli e diffusori, condotti fissi e condotti mobili. Equazioni del flusso monodimensionale, stazionario, comprimibile di un gas perfetto in un condotto. Coefficienti di perdita. Definizioni di rendimento di ugelli e diffusori. (1b)

Flusso isoentropico attraverso un condotto di area variabile. Espressione della portata ridotta in funzione del rapporto di espansione e del numero di Mach. Ugelli non isoentropici. (2a)

Installazione programmi. Calcolo monodimensionale di progetto dei diffusori per fluido comprimibile. (2bc)

Stadio di una macchina operatrice assiale. Stadio di compressore centrifugo. Stadio di turbina assiale a vapore. Analisi termodinamica degli stadi delle turbomacchine. (2c)

Valori medi delle grandezze termodinamiche di uno stadio, raggio medio e euleriano. Lavori reale, reversibile e teorico. Rendimenti idraulico, politropico e isoentropico. (3b)

Parametri adimensionali nelle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile. Diagrammi caratteristici delle turbomacchine a fluido comprimibile. Diagrammi caratteristici dei compressori. Diagrammi caratteristici delle turbine. (4a)

Similitudine geometrica e fluidodinamica nelle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile. Indici caratteristici. Stallo rotante e pompaggio. Diagrammi di selezione H, Q, P, n, D (4b)

Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine. Richiami di calcolo vettoriale. Campi irrotazionali, potenziale di velocità. Equazione di continuità. Equazioni del moto per gli osservatori fisso e mobile per fluido comprimibile e incomprimibile. (5a) (4c)

Introduzione allo studio dei profili e le schiere di profili alari. Teoria dei profili alari isolati. Metodo delle singolarità, condizione di Kutta. Profili piani e con linea media curva. Profili con spessore finito. Incidenza ideale. (5b)

Studio delle schiere di profili alari con il metodo delle singolarità. Forze agenti sulla schiera. Applicazione dei risultati relativi alle schiere alle turbomacchine. (5c)

Richiami sulle funzioni di variabile complessa. Teorema di Cauchy. Funzione di corrente. Potenziale complesso. Potenziali di flussi elementari. Corrente traslocircolatoria attorno al cerchio. Teorema di Kutta-Jukowskij.

Trasformazioni conformi per lo studio dei profili alari. Serie di Bieberbach. Lamina piana. Profili con spessore finito. Profili con line media curva. Profili di Joukowskij.

Metodo delle trasformazioni conformi per lo studio delle schiere dei profili alari. Calcolo delle prestazioni di una schiera di profili a lamina piana. Diagramma di Weinig. Esercitazione Matlab potenziali complessi.

Schiere di profili di spessore infinitesimo e linea media ad arco di cerchio.Diagramma di Weinig per le schiere di profili ad arco di cerchio di spessore infinitesimo. Diagramma di Eckert per le schiere di profili con linea media ad arco di circonferenza.

Resistenza indotta. Cenni sulla teoria di Prandtl dell'ala finita. Perdite energetiche delle schiere di profili alari.

Flusso tridimensionale nelle turbomacchine. Flussi assialsimmetrici. Componenti del rotore. Funzione di corrente di Stokes. Palettamenti a vortice libero

Equilibrio radiale semplice. Palettamenti ad angolo costante e a vortice rigido e forzato.

Codici CFD per la simulazione dei flussi interni nelle turbomacchine (FLUENT ANSYS).

Progettazione automatica di turbomacchine mediante codici di calcolo

Struttura di un codice di calcolo per la progettazione automatica di turbomacchine parte 1 macchine assiali.

Struttura di un codice di calcolo per la progettazione automatica di turbomacchine parte 2 macchine a flusso diagonale e centrifugo.

Coordinate assialsimmetriche ortogonali. Modelli per lo studio del flusso tridimensionale nelle macchine - codici CFD.

Visita agli stabilimenti produzione turbomacchine

Testi/Bibliografia

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 1: Termodinamica e fluidodinamica delle turbomacchine,Pitagora Editrice, Bologna, 1996, pp. I-XXIV, 1-805, ISBN 88-371-0827-3.  (Ed. speciale, Bologna, 1997, pp. I-XXIV, 1-805, ISBN 88-371-0936-9)

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 2: Le turbomacchine motrici e operatrici,Pitagora Editrice, Bologna, pp. I-XXIV, 1-848, ISBN 88-371-0862-1.

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 3: Gli Impianti motori termici e i loro componenti,Pitagora Editrice, Bologna, 2003, pp. I-IIX, 1-685, ISBN 88-371-1317-X

Metodi didattici

1.       Esposizione degli argomenti indicati nel programma mediante "gesso e lavagna"

2.       Proiezione di presentazioni in formato Power Point (scaricabili dal sito docente)

3.       Svolgimento di brevi esercitazioni numeriche in aula. 

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Presentazione di un elaborato relativo ad una turbomacchina

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico integrativo: Schemi di macchine ed impianti, Programma del corso e parte del materiale didattico scaricabile dal sito: http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Naldi