Obiettivo del corso e' lo studio approfondito delle tematiche riguardanti la conoscenza fisica, la progettazione e la simulazione delle turbomacchine, con particolare riferimento a quelle più diffuse in ambito industriale (pompe, ventilatori, compressori). I Risultati di Apprendimento Attesi (RAA) sono: - capacità di gestione della progettazione di una turbomacchina, dalle specifiche del cliente, al concept iniziale, all'ottenimento di una geometria e alla sua verifica tramite modelli virtuali; - conoscenza delle metodologie numeriche di analisi e progettazione specifiche delle turbomacchine; - capacità di interpretare in maniera critica i risultati ottenuti dalla simulazione numerica; - capacità di sintetizzare i risultati ed esporre in un elaborato orale i risultati ottenuti; - proporre soluzioni per l'ottimizzazione di una turbomacchina.
Prerequisiti
Conoscenza di Termofluidodinamica Numerica e di Fluidodinamica Numerica applicata alla Macchine e ai Sistemi Energetici. Conoscenza di base di Fluidodinamica delle Macchine
Metodi didattici
Il corso è equamente diviso tra lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio. L'esercitazione in laboratorio prevederà lo sviluppo di un progetto di una turbomacchina, dalla concezione iniziale fino alla verifica numerica.
Verifica Apprendimento
L'esame prevede la produzione di un elaborato di progetto in formato presentazione (ppt) che verrà discusso durante la prova orale, seguito da una domanda aperta sugli argomenti teorici del corso. L'esposizione avrà un tempo definito (circa 30 minuti) e permetterà di valutare la capacità di gestione di un processo di progettazionee la capacità di interpretare in maniera critica i risultati.
Testi
Slide delle lezioni. Tutorial dell'esercitazione di laboratorio. Dixon, "Fluid mechanics, thermodynamics of turbomachinery" Dossena et al., "Macchine a Fluido"
Contenuti
Introduzione allo studio delle turbomacchine. Classificazione. Terminologia. Triangoli di velocità. Sistemi di riferimento: cilindrico e meridiano. Componenti di velocità nei sistemi di riferimento. Bilanci di energia. Teorema del momento della quantità di moto. Equazione di Eulero nelle sue due forme. Teoria della similitudine. Numeri adimensionali. Velocità specifica e indice caratteristico. Progettazione macchine assiali. Richiami aerodinamica bidimensionale (delle schiere) e aerodinamica dei profili. Flusso bidimensionale nelle macchine assiali. Procedura di progettazione turbomacchina assiale Progettazione macchine radiali. Tipologia. Approssimazione monodimensionale. Triangoli di velocità. Difetto di deviazione. Trattazione di Stodola. Disegno delle pale e del canale meridiano. Prevalenza. Rendimenti: totale, idraulico, volumetrico per attrito sui dischi, meccanico, del motore primo. Procedura per la progettazione monodimensionale di macchine operatrici centrifughe a fluido incomprimibile. Flussi all’interno delle turbomacchine: non stazionarietà (teorema di Dean). Equazioni del moto nel sistema di riferimento relativo. Forze centrifughe e di Coriolis, numero di Rossby. Blade loading. Distribuzione velocità canale interpalare e nel canale meridiano. Metodi numerici per l'interazione rotore/statore (SFR, MFR, Mixing Plane, Frozen Rotor, Transient). Fenomeni fluidodinamici: flussi secondari e jet and wake. Fenomeni fluidodinamici: flussi di trafilamento. Fenomeni fluidodinamici: perdite di profilo. Laboratorio CFD: Progetto girante radiale e raddrizzatore assiale. Modellazione CAD girante (pala radiale). Modellazione CAD raddrizzatore (pala assiale). Definizione dominio computazionale. Generazione griglia di calcolo. Impostazione della simulazione. Analisi dei risultati della simulazione.
