37464 - TURBOMACCHINE M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo Studente padroneggia le metodologie di base per affrontare la progettazione termofluidodinamica delle turbomacchine. Il percorso logico adottato permette allo Studente di acquisire conoscenze per il dimensionamento “esterno” delle macchine, mediante l’uso di correlazioni statistiche, il dimensionamento monodimensionale e l’approccio bidimensionale, con sviluppo ed applicazione di tecniche aerodinamiche, considerando macchine motrici e operatrici a fluido incomprimibile e comprimibile.

Contenuti

Richiami di termodinamica e fluidodinamica monodimensionale delle macchine. Classificazione delle turbomacchine. Ugelli e diffusori, condotti fissi e condotti mobili. Equazioni del flusso monodimensionale, stazionario, comprimibile di un gas perfetto in un condotto.

Coefficienti di perdita. Definizioni di rendimento di ugelli e diffusori. Flusso isoentropico attraverso un condotto di area variabile. Ugelli non isoentropici.

Analisi termodinamica degli stadi delle turbomacchine centrifughe, e assiali. Lavori reale, reversibile e teorico. Rendimenti idraulico, politropico e isoentropico. Fattori di recupero e di controrecupero

Parametri adimensionali nelle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile. Diagrammi caratteristici delle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile. Similitudine geometrica e fluidodinamica nelle turbomacchine a fluido comprimibile e incomprimibile. Indici caratteristici. Diagrammi di selezione H, Q, P, n, D Stallo rotante e pompaggio.

Fluidodinamica bidimensionale delle turbomacchine. Richiami di calcolo vettoriale. Campi irrotazionali, potenziale di velocità. Equazione di continuità. Equazioni del moto per gli osservatori fisso e mobile.

Teoria dei profili alari isolati. Portanza e resistenza, Teorema di Kutta-Jukowskij. Metodo delle singolarità, condizione di Kutta. Profili piani e con linea media curva. Sorgenti e pozzi, Semicorpo, Profili con spessore finito. Incidenza ideale. Profili con linea media logaritmica e profili di Jukowskij

Studio delle schiere di profili alari con il metodo delle singolarità. Forze agenti sulla schiera. Applicazione dei risultati relativi alle schiere alle turbomacchine.

Richiami sulle funzioni di variabile complessa. Teorema di Cauchy. Funzione di corrente. Potenziale complesso. Potenziali di flussi elementari. Corrente traslocircolatoria attorno al cerchio

Trasformazioni conformi per lo studio dei profili alari. Serie di Bieberbach. Lamina piana. Profili con spessore finito. Profili con linea media curva. Profili di Joukowskij. Metodo delle trasformazioni conformi per lo studio delle schiere dei profili alari. Calcolo delle prestazioni di una schiera di profili a lamina piana.

Schiere di profili di spessore infinitesimo e linea media ad arco di cerchio. Diagramma di Weinig per le schiere di profili ad arco di cerchio di spessore infinitesimo. Diagramma di Eckert per le schiere di profili con linea media ad arco di circonferenza.

Resistenza indotta. Cenni sulla teoria di Prandtl dell’ala finita. Perdite energetiche delle schiere di profili alari.

Flusso tridimensionale nelle turbomacchine. Flussi assialsimmetrici. Coordinate assialsimmetriche ortogonali. Funzione di corrente di Stokes. Equilibrio radiale semplice Palettamenti a vortice libero, ad angolo costante, a vortice rigido e forzato.

Progettazione automatica di turbomacchine assiali a flusso diagonale e centrifugo mediante codici di calcolo. e simulazione mediante codici CFD.

Testi/Bibliografia

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 1: Termodinamica e fluidodinamica delle turbomacchine,Pitagora Editrice, Bologna, 1996, pp. I-XXIV, 1-805, ISBN 88-371-0827-3.  (Ed. speciale, Bologna, 1997, pp. I-XXIV, 1-805, ISBN 88-371-0936-9)

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 2: Le turbomacchine motrici e operatrici,Pitagora Editrice, Bologna, 2019 pp. I-XXIV, 1-848, ISBN 88-371-2106-8

Sandrolini Sandro, Naldi Giovanni,Macchine 3: Gli Impianti motori termici e i loro componenti,Pitagora Editrice, Bologna, 2003, pp. I-IIX, 1-685, ISBN 88-371-1317-X

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

Presentazione di un elaborato relativo ad una turbomacchina che descriva le fasi di disegno preliminare, la generazione della geometria e la simulazione delle prestazione mediante analisi CFD

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico integrativo: Schemi di macchine ed impianti, Programma del corso e parte del materiale didattico scaricabile dal sito: http://www.diem.ing.unibo.it/personale/naldi/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Naldi