Fluidodinamica delle Macchine 1

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Informazioni generali

  • Anndi corso: 1°
  • Semestre: 1°
  • CFU: 6

Docente responsabile

Vincenzo MULONE

Obiettivi

L'obiettivo principale è quello di fornire i dettagli riguardanti la progettazione di turbomacchine, e in particolare compressori assiali, centrifughi e turbine dal punto di vista degli aspetti fluidodinamici. Saranno a tale scopo discusse le principali equazioni della fluidodinamica, e presentati i principali aspetti di base per la comprensione della fenomenologia dello strato limite, della dinamica di base della vorticità e degli aspetti multidimensionali del flusso all'interno delle turbomacchine. Saranno inoltre discussi gli aspetti fondamentali legati al funzionamento delle turbomacchine in sistemi complessi dal punto di vista dell'efficienza, della regolazione, e della corretta installazione.

Gli studenti al termine del corso avranno acquisito le competenze necessarie per la progettazione di massima delle turbomacchine e dei sistemi in cui esse possono essere inserite.

Programma

  • Generalità sul corso, obiettivi, classificazione delle macchine, esempi applicativi.
  • Equazioni della fluidodinamica delle turbomacchine
    • Descrizione sollecitazione.
    • Descrizione materiale e non materiale del moto. Teorema del TrasportReynolds
    • Equazioni integrali e differenziali di continuità, q.d.m. (Navier-Stokes), energia in forma termica meccanica ed entropica
    • Flussi rotazionali e irrotazionali. Azioni su profili alari.
    • Moto relativo. Forze di inerzia.
    • Strato limite: parametri locali e globali, transizione laminare turbolento, cenni sul controllo.
  • Generalità sul funzionamento delle turbomacchine
    • Variabili adimensionali principali
    • Classificazione e scelta delle turbomacchine attraversi parametri adimensionali
    • Influenza della viscosità, degli effetti di scala e della cavitazione.
    • Similitudine in turbomacchine termiche.
    • Curve di funzionamento.
  • Trasformazioni nelle turbomacchine
    • Rendimenti, coefficienti di perdita.
    • Lavoro di Eulero, equazione integrale del momento della quantità di moto.
    • Analisi monodimensionale di uno stadio, rappresentazione grafica.
    • Grado di reazione di unstadio.
    • Analisi adimensionale di uno stadio
    • Stadio ripetuto, stadio normale.
  • Analisi del flusso nelle turbomacchine
    • Coordinate e sistemi di riferimento; schematizzazione del campo di moto.
    • Definizioni geometriche profili in schiera, prestazioni schiere.
    • Schiera piana, schiera radiale.
    • Equilibrio radiale, vortice libero e forzato.
    • Flussi secondari, perdite di profilo e miscelamento.
    • Teoria generale dei diffusori, rendimento, coefficiente di recupero di pressione.
  • Compressori assiali
    • Descrizione generale.
    • Triangoli di velocità, rendimento, grado di reazione, ottimizzazione dello stadio.
    • Confronto fra stadi a diverso grado di reazione. IGV.
    • Principali profili impiegati. Distribuzione di pressione e velocità sul profilo. Calcolo angoli ottimali.
    • Principali correlazioni schiere. Criteri di carico per schiere assiali. Perdite profilo.
    • Comportamento schiere fuori progetto.
    • Cenni sul comportamento di pale supersoniche.
    • Perdite di anello, secondarie e nei giochi.
    • Considerazioni su ventilatori assiali ed eliche propulsive.
    • Cenni alle metodologie di progetto 3D di pale complesse.
  • Compressori centrifughi
    • Descrizione generale.
    • Funzionamento reale dei compressori centrifughi.
    • Coefficiente di riduzione di carico (slip-factor). Teoria di Stodola, principali correlazioni.
    • Elementi di progetto della girante. Canale meridiano, numero di pale, rendimento, incidenza, diffusori lisci e palettati. Cassa a spirale. Principali tipologie di perdite.
    • Note sui ventilatori centrifughi.
  • Funzionamento anomalo dei compressori.
    • Stallo, pompaggio: generalità.
    • Teoria elementare dello stallo rotante.
    • Teoria elementare del pompaggio.
    • Complementi sull'instabilità dei compressori.
  • Analisi dell'accoppiamento macchina-circuito.
    • Curva caratteristica esterna, match con la curva caratteristica della macchina.
    • Macchine e sistemi per fluidi comprimibili e incompressibili.
    • Circuiti complessi.
    • Cavitazione per macchine operatrici a fluido incompressibile
    • Regolazione della portata in circuiti: strategie di strozzamento, bypass e regolazione numero di giri. Regolazione portata in macchine a fluido comprimibile.

Eventuali propedeuticità

Non sono previste propedeuticità formali.

Testi di riferimento

  • Osnaghi, Teoria delle Turbomacchine, Esculapio
  • Karassi et al., Pump Handbook, Mcgraw Hill

Per ulteriore approfondimento:

  • Sandrolini Naldi, Macchine voll. 1 e 2, Pitagora
  • Dixon and Hall, Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Elsevier
  • Albin, Compressori centrifughi e assiali, Liguori
  • Cumpsty, Compressor Aerodynamics, Krieger
  • Saravanamuttoo, Rogers, Cohen, Straznicky, Gas Turbine Theory, Pearson

Modalità d'esame

L'esame di Fluidodinamica delle Macchine 1 prevede una prova scritta al termine del periodo didattico in cui è svolto il corso, e una prova orale. All'orale sono ammessi gli studenti che hanno conseguito una valutazione sufficiente alla prova scritta. La prova orale concorre alla valutazione finale nei termini di una media pesata.

Ultimo aggiornamento Venerdì 16 Febbraio 2018 10:03

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