IL CORSO SI PREFIGGE DI INSEGNARE AGLI STUDENTI IL DIMENSIONAMENTO DI TURBOMACCHINE IDRAULICHE E A FLUIDO ELASTICO OPERATRICI E MOTRICI. A PARTIRE DA SPECIFICHE PRESTAZIONALI E DA VINCOLI PRESTABILITI DI PROGETTO, LO STUDENTE IMPARERA’ A DIMENSIONARE LE TURBOMACCHINE IN RELAZIONE AGLI ASPETTI CHE LIMITANO LE PRESTAZIONI: MATERIALI IMPIEGATI, CAVITAZIONE, VELOCITÀ DI EFFLUSSO TRANSONICHE. IMPARERÀ AD OTTIMIZZARE I GRADI DI LIBERTÀ DEL PROGETTO PER RAGGIUNGERE L'OTTIMO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI. INOLTRE SARÀ IN GRADO DI CALCOLARE LE MAPPE PRESTAZIONALI DELLE TURBOMACCHINE UNA VOLTA ASSEGNATA L’ ARCHITETTURA E LE QUANTITÀ GEOMETRICHE DI INTERESSE.
scheda docente
materiale didattico
- Criteri di similitudine e limiti;
- Raggruppamento delle variabili in numeri adimensionali;
- Applicazioni notevoli nel dimensionamento e nell’analisi di turbomacchine;
Turbomacchine idrauliche
1) Turbopompe centrifughe e assiali
- Principi di funzionamento e prestazioni
- Influenza della cavitazione nella selezione e nel progetto di turbopompe;
- Dimensionamento delle giranti centrifughe
- Dimensionamento delle giranti ad elica
- Dimensionamento di diffusori lisci, palettati, canali di ritorno e volute di raccolta
- Parametri che influenzano le prestazioni delle turbopompe
- Cenni relativi alla regolazione e sistemi di adescamento.
2) Turbine idrauliche
- Principi di funzionamento e prestazioni;
- Dimensionamento delle turbine Pelton;
- Dimensionamento di turbine idrauliche a reazione (Francis e Kaplan);
- Tubi diffusori
- Cavitazione nelle turbine a reazione;
- Curve di rendimento e diagrammi collinari;
- Principi di regolazione
Turbomacchine a fluido elastico
3) Fluidodinamica di flussi intubati
- Richiami di termodinamica e gasdinamica elementare;
- Efflussi bi-dimensionali non viscosi, vorticità, Teorema di Crocco, urti retti, obliqui e curvi. Urti e vantagli di espansione su profili complessi.
- Profili bi-dimensionali in schiere
- Strati limite su profili complessi, effetto dei gradienti di pressione per profili isolati e in schiera, strati limite termici.
- Teoria della resistenza: resistenza di forma, di attrito, indotta e d’onda;
- Interazione onde d’urto/strato limite
- Effetti tri-dimensionali: flussi secondari. Vortici di passaggio, a ferro di cavallo, di spigolo, al bordo di uscita, altri fenomeni secondari.
4) Compressori assiali
- Principi di funzionamento, prestazioni, adimensionalizzazione delle curve caratteristiche;
- Dimensionamento preliminare della macchina;
- Principali limiti al rapporto di compressione di stadio: massima velocità di trascinamento, effetti aerodinamici legati alla velocità assiale, massima deflessione del flusso (teoria alare corretta, carte di Howell etc.), “work-done factor”.
- Analisi del flusso al raggio medio: ottimizzazione del rendimento della falda fluida.
- Leggi di svergolamento: a vortice libero, a grado di reazione costante, ad angolo assoluto ingresso rotore costante.
- Ottimizzazione del rendimento di stadio in relazione alla legge di svergolamento adottata.
- Correlazioni di perdita per uno stadio di compressore assiale.
5) Turbine a vapore
- Principi di funzionamento e prestazioni
- Analisi di uno stadio ad azione, a salti di velocità, a reazione. Confronto tra le diverse soluzioni
- Rendimento di palettatura, perdite per ventilazione, per ammissione parzializzata e per umidità.
- Dimensionamento preliminare di una turbina a vapore: suddivisione in corpi, definizione delle grandezze fondamentali per ogni corpo, dimensionamento alla linea media di ogni stadio, ottimizzazione della corrente alla linea media.
6) Espansori a gas assiali
- Principi di funzionamento, prestazioni, adimensionalizzazione delle curve caratteristiche;
- Dimensionamento preliminare alla linea media;
- Leggi di svergolamento palare: vortice libero, legge ad angolo uscita statore costante.
- Limiti sulle prestazioni del singolo stadio;
- Cenni sulle tecniche di raffreddamento.
• Materiale a cura del Docente messo a disposizione su piattaforma Moodle
Mutuazione: 20801825 TURBOMACCHINE in Ingegneria meccanica LM-33 N0 GIOVANNELLI AMBRA
Programma
Teoria della similitudine applicata al campo turbomacchinistico- Criteri di similitudine e limiti;
- Raggruppamento delle variabili in numeri adimensionali;
- Applicazioni notevoli nel dimensionamento e nell’analisi di turbomacchine;
Turbomacchine idrauliche
1) Turbopompe centrifughe e assiali
- Principi di funzionamento e prestazioni
- Influenza della cavitazione nella selezione e nel progetto di turbopompe;
- Dimensionamento delle giranti centrifughe
- Dimensionamento delle giranti ad elica
- Dimensionamento di diffusori lisci, palettati, canali di ritorno e volute di raccolta
- Parametri che influenzano le prestazioni delle turbopompe
- Cenni relativi alla regolazione e sistemi di adescamento.
2) Turbine idrauliche
- Principi di funzionamento e prestazioni;
- Dimensionamento delle turbine Pelton;
- Dimensionamento di turbine idrauliche a reazione (Francis e Kaplan);
- Tubi diffusori
- Cavitazione nelle turbine a reazione;
- Curve di rendimento e diagrammi collinari;
- Principi di regolazione
Turbomacchine a fluido elastico
3) Fluidodinamica di flussi intubati
- Richiami di termodinamica e gasdinamica elementare;
- Efflussi bi-dimensionali non viscosi, vorticità, Teorema di Crocco, urti retti, obliqui e curvi. Urti e vantagli di espansione su profili complessi.
- Profili bi-dimensionali in schiere
- Strati limite su profili complessi, effetto dei gradienti di pressione per profili isolati e in schiera, strati limite termici.
- Teoria della resistenza: resistenza di forma, di attrito, indotta e d’onda;
- Interazione onde d’urto/strato limite
- Effetti tri-dimensionali: flussi secondari. Vortici di passaggio, a ferro di cavallo, di spigolo, al bordo di uscita, altri fenomeni secondari.
4) Compressori assiali
- Principi di funzionamento, prestazioni, adimensionalizzazione delle curve caratteristiche;
- Dimensionamento preliminare della macchina;
- Principali limiti al rapporto di compressione di stadio: massima velocità di trascinamento, effetti aerodinamici legati alla velocità assiale, massima deflessione del flusso (teoria alare corretta, carte di Howell etc.), “work-done factor”.
- Analisi del flusso al raggio medio: ottimizzazione del rendimento della falda fluida.
- Leggi di svergolamento: a vortice libero, a grado di reazione costante, ad angolo assoluto ingresso rotore costante.
- Ottimizzazione del rendimento di stadio in relazione alla legge di svergolamento adottata.
- Correlazioni di perdita per uno stadio di compressore assiale.
5) Turbine a vapore
- Principi di funzionamento e prestazioni
- Analisi di uno stadio ad azione, a salti di velocità, a reazione. Confronto tra le diverse soluzioni
- Rendimento di palettatura, perdite per ventilazione, per ammissione parzializzata e per umidità.
- Dimensionamento preliminare di una turbina a vapore: suddivisione in corpi, definizione delle grandezze fondamentali per ogni corpo, dimensionamento alla linea media di ogni stadio, ottimizzazione della corrente alla linea media.
6) Espansori a gas assiali
- Principi di funzionamento, prestazioni, adimensionalizzazione delle curve caratteristiche;
- Dimensionamento preliminare alla linea media;
- Leggi di svergolamento palare: vortice libero, legge ad angolo uscita statore costante.
- Limiti sulle prestazioni del singolo stadio;
- Cenni sulle tecniche di raffreddamento.
Testi Adottati
• T. Wright e P.M. Gerhart, "Fluid Machinery: Application, Selection and Design", CRC Press ISBN978-1-4200-8294-4• Materiale a cura del Docente messo a disposizione su piattaforma Moodle
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