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
