44503 - TURBOMACCHINE L

Conoscenze e abilità da conseguire

Il Corso si propone di fornire gli strumenti per analizzare le tipologie principali di turbomacchine a fluido comprimibile ed incomprimibile. l corso mira a fornire la conoscenza dell'architettura delle macchine, le loro prestazioni  e la capacità di svolgere i calcoli necessari per il dimensionamento di massima delle tipologie studiate, dal punto di vista fluidodinamico.

Contenuti

1.1 Richiami di termodinamica e fluidodinamica monodimensionale delle macchine

Turbomacchine centrifughe e centripete. Ugelli e diffusori, condotti fissi e condotti mobili. Calcolo monodimensionale di progetto dei diffusori per fluido comprimibile. Lo stadio di una macchina operatrice assiale. Lo stadio di compressore centrifugo. Lo stadio di turbina a vapore assiale.

1.2. Similitudine geometrica e fluidodinamica nelle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile

Diagrammi caratteristici delle turbomacchine a fluido comprimibile. Diagrammi caratteristici dei compressori. Diagrammi caratteristici delle turbine. Indici caratteristici.

1.3. Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine.

Profili e le schiere di profili alari. Profili alari isolati e schiere di profili alari. 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 Schiere di profili di spessore infinitesimo e linea media ad arco di cerchi. Diagramma di Weinig per le schiere di profili ad arco di cerchio di spessore infinitesimo. Perdite energetiche delle schiere di profili alari

1.4 Flusso tridimensionale nelle turbomacchine

Equilibrio radiale semplice. Coordinate assialsimmetriche ortogonali.

2.1 I palettamenti delle turbine a gas e a vapore

Trattazione bidimensionale della fluidodinamica delle schiere di pale acceleratrici. Comportamento fluidodinamico delle schiere di pale per turbine in condizioni di progetto e fuori progetto. Risultati di Ainley e Mathieson.

2.2. Turbine a gas e a vapore

Diagrammi caratteristici delle turbine a gas e a vapore. Calcolo delle curve caratteristiche. Determinazione approssimata delle curve portata-pressione a n= costante. Metodo di Stodola. Determinazione approssimata delle curve portata-pressione ad n costante. Approssimazione ellittica. Analisi parametrica di uno stadio «normale» poco caricato.

2.3. Gli stadi delle turbomacchine operatrici assiali

Parametri adimensionali delle turbomacchine operatrici. Grado di reazione. Coefficiente di lavoro. Coefficiente di portata

2.4 I paletta menti delle turbomacchine operatrici assiali

Profili per palettamenti subsonici. Profili NACA 65 e C4, DCA, PVD e supercritici

2.5. Ventilatori, soffianti e compressori assiali

Ventilatori e soffianti assiali. Calcolo fluidodinamico di progetto delle soffianti e dei ventilatori assiali. Determinazione dei diametri del canale meridiano e dei triangoli delle velocità. Calcolo delle sezioni palari. Calcolo di previsione del rendimento in condizioni di progetto. Diagrammi caratteristici dei ventilatori e delle soffianti assiali. Compressori assiali. Calcolo di progetto dei compressori assiali. Velocità di rotazione e dimensionamento dell'annulus di ingresso. Numero di stadi. Calcolo approssimato dell'altezza dei palettamenti e dell'andamento degli angoli del flusso assoluto e relativo dalle radici alle estremità. Progetto dei palettamenti. Calcolo del rendimento in condizioni di progetto. Compressori industriali. Calcolo delle prestazioni di un compressore funzionante in condizioni diverse da quelle di progetto. Caratteristica di uno stadio. Diagramma delle caratteristiche degli stadi assemblati. Calcolo delle prestazioni del compressore. Comportamento tipico «fuori progetto» dei compressori. Adattamento degli stadi dei compressori assiali

2.6. Ventilatori, soffianti. compressori centrifughi e turbine centripete

Le turbomacchine operatrici radiali. Lavoro ceduto al fluido dalla girante centrifuga Correlazioni per il calcolo dello «slip-factor secondo Busemann e secondo Stodola. Correlazioni empiriche. Architettura e fluidodinamica delle giranti. Angolo costruttivo di uscita. Flusso separato nei vani interpalari. Incidenza ottima. Giranti per compressori monostadio e polistadio. Rendimento isoentropico delle giranti centrifughe. Dimensionamento di un compressore centrifugo monostadio. Triangoli delle velocità. Dimensionamento della girante. Disegno della girante e del diffusore.

2.7. Macchine idrauliche operatrici (pompe) e motrici (turbine)

Le macchine operatrici idrauliche. Indice caratteristico e coefficienti adimensionali delle pompe centrifughe. Ottimizzazione della sezione di ingresso delle giranti centrifughe. Progettazione delle pompe centrifughe e a flusso misto. Spinta assiale. Portata di fuga dalle tenute. Rendimento volumetrico. Potenza perduta per attrito dalla girante. Perdite fluidodinamiche in condizioni di progetto e fuori progetto. Perdite energetiche per attrito di parete. Perdite energetiche per urto. Diagramma caratteristico delle pompe centrifughe. Le pompe assiali. Dimensionamento delle pompe assiali. Diagrammi caratteristici delle pompe assiali. La turbina Francis. Teoria elementare della turbina idraulica a reazione. Diagrammi caratteristici in coordinate dimensionali. Progettazione fluidodinamica delle turbine Francis. Le turbine ad elica e le Kaplan. Progettazione fluidodinamica delle turbine ad elica e Kaplan.

 

Testi/Bibliografia

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 1: Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine”, Pitagora BO, 1996,  ISBN 88-371-0827-3

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 2: Le turbomacchine motrici e operatrici”, Pitagora BO, 1997, ISBN 88-371-0862-1

Sandrolini S., Naldi G., “ Macchine 3: Gli Impianti motori termici e i loro componenti”, Pitagora BO, 2003, ISBN 88-371-1317

Metodi didattici

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

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

Svolgimento di brevi esercitazioni numeriche in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Interrogazione orale sugli argomenti indicati nel programma.
In alternativa è possibile presentare una tesina (da concordare preventivamente) relativa allo svolgimento di una fase relativa all progettazione di una turbomacchina

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico scaricabile dal sito http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Naldi