Fluidodinamica delle Macchine I

Informazioni generali

  • Anno di corso: 1°
  • Semestre: 1°
  • CFU: 6

Docenti Responsabili

Programma del Corso

  • Equazioni della fluidodinamica delle turbomacchine
    • Descrizione sollecitazione.
    • Descrizione materiale e non materiale del moto. Teorema del Trasporto Reynolds
    • Equazioni integrali e differenziali di continuità, q.d.m. (Navier-Stokes), energia in forma termica meccanica e 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 attraverso i 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 uno stadio.
    • 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 e 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 comprimible.

 

  • Equations of turbomachine fluid dynamics.
    • Stress description.
    • Material and non-material description. Reynolds transport theorem.
    • Integral and differential equations: continuity, momentum (Navier-Stokes), energy.
    • Rotational and irrotational flows. Actions on airfoils.
    • Relative flow, inertial forces.
    • Boundary layer theory: local and global parameters, laminar to turbulent transition, Notes on boundary layer control.
  • Generalities on turbomachine behavior.
    • Dimensionless parameters.
    • Classifaction and choice of turbomachines through dimensionless parameters.
    • Viscosity, scale and cavitation effects.
    • Similitude analysis in thermal turbomachines.
    • Operating maps.
  • Transformations in turbomachines
    • Efficiency, losses coefficients.
    • Euler work, intergral equation of moment of momentum.
    • One dimensional analysis of a stage. Graphical representation.
    • Degree of reaction of a stage.
    • Non-dimensional analysis of a stage. Repeated and normal stages.
  • Analysis of the flow in turbomachines.
    • Coordinates and frames of references. Schematization of the flow field.
    • Geometrical definitions in blade rows. Performance of blade rows.
    • Planar and radial rows.
    • Radial equilibrium, free and forced vortexes.
    • Secondary flows, blade losses, mixing losses.
    • General theory of diffusers, efficiency, coefficient of pressure.
  • Axial compressors
    • General description.
    • Velocity triangles. Effiicency, degree of reaction, optimization of the stage.
    • Comparison among different degrees of reaction stages. IGV.
    • Main used blade profiles. Distribution of pressure and velocity on the profile. Optimal angles.
    • Correlation for the design of blade rows. Load criteria. Blade losses.
    • Off-design behavior for blade rows.
    • Notes on supersonic blades.
    • Ring and secondary losses.
    • Design considerations on axial fans and propellers.
    • Notes on 3D design techniques.
  • Centrifugal compressors.
    • General description.
    • Real behavior of centrifugal compressors.
    • Slip factor. Stodola theory and main design correlations.
    • Rotor design. Channel, number of blades, losses.
    • Notes on centrifugal fans.
  • Anomalous behavior of compressors.
    • Stall, surge: generalities.
    • Elementary theories of stall and surge. Instability of compressors.
  • Analysis of machine-system coupling.
    • External characteristic curve. March with the machine.
    • Machines and systems for compressible and incompressible fluids.
    • Complex circuits.
    • Cavitation for compressible fluid machines.
    • Flow control: throttling, by-passing, velocity variation. Flow control in compressible machines.

Obiettivo del Corso

Conoscenza di base dei processi termofluidodinamici dei flussi comprimibili e incomprimibili con applicazioni sia allo studio dei flussi intubati sia all’interazione flusso-palettatura nelle giranti operatrici radiali per fluidi incomprimibili. Capacita di progettare l’insieme circuito-pompa degli impianti di sollevamento.

Testi di Riferimento

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

Si rimanda ai seguenti testi per approfondimenti:

  • D.J. Tritton, Physical Fluid Dynamics, Oxford University Press
  • D. Pnueli, C. Gutfinger, Ffluid Mechanics, Cambridge University Press
  • O. Acton, Turbomacchine, UTET
  • C. Pfleiderer, H. Petermann, Turbomacchine, Liguori

 

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