Gallerie del vento

Continuous operation (tipico di gallerie del vento con basse velocità e impossibile per quelle ad

alta velocità siccome hanno un costo di operabilità eccessivo; in questo caso ci possiamo

accontentare di strumenti con uno scarso tempo di risposta).

Blow down (in generale, sono quelle ad alta velocità che operano per poco tempo; in questo caso

abbiamo pochi secondi per effettuare le nostre misurazioni quindi saranno necessari quindi degli

strumenti con una rapida risposta).

oss: Nel caso in cui non si è interessati a fenomeni tridimensionali si può utilizzare un qualcosa di simile al

piano blade to blade con un Linear Wind Tunnel. In base a cosa serve la galleria del vento sarà dotata di

diversi strumenti. In qualunque caso bisogna dichiarare a che , a che e a che livello di turbolenza si

effettuano le misurazioni.

Test Rig

It allows to investigate effects on all type of turbomachines. It allows to investigate stator-rotor

interaction.

oss: In questo caso abbiamo uno stage e mezzo (statore + rotore + statore) e viene utilizzato per studiare gli

effetti anche molto complessi) siccome si possono usare direttamente le pale reali (con una struttura

tridimensionale). Questa configurazione è quella per le macchine assiali ma esiste anche quella per le

macchine radiali ed è la migliore soluzione che si può usare per replicare il più possibile le reali condizioni di

funzionamento di una macchina a fluido. Si possono anche studiare i fenomeni di interazione tra rotore e

statore (siccome si possono mantenere in moto relativo). A valle è posizionato (sufficientemente vicino) un

altro statore che permette di studiare il clocking (siccome ho uno statore a valle e a monte che possono

essere anche ruotati in modo relativo per osservare le diverse interazioni con il rotore che si trova tra i due).

Le gallerie del vento di questo tipo in generale sono create solo per scopi accademici e quindi possono

essere variate in qualsivoglia modo per studiare una qualsiasi configurazione. Questa soluzione viene quindi

utilizzata per studiare le perdite di pressione totale. In Italia ne esistono e solo a Milano cʼè quella per lo

studio ad alta velocità (in generale al mondo ne esistono poche siccome sono complesse).

Annular Wind Tunnel

Performance Test and Test Rig 16

It allows to investigate effects on all type of turbomachinery components (both rotor and stator).

oss: Come già detto potremmo essere interessati anche a cosa succede in un determinato componente

(statore o rotore; la differenza tra i due è la velocità da misurare, assoluta o relativa). In questo caso si ha solo

una porzione della sezione con un certo numero di vanes (o blades nel caso di rotori). Con questa

configurazione si hanno grandi problemi siccome non è più assial-simmetrica (simulando solo un settore la

periodicità del flusso non è soddisfatta automaticamente come nel caso reale con lʼestensione

circonferenziale completa); si hanno, quindi, gli effetti di contorno e dobbiamo allora concentrare le nostre

misurazione nella parte centrale della schiera (siccome non essendo intrinsecamente periodico non

rappresenterebbe correttamente il caso reale). Maggiore è il numero di (aumenta la complessità del

flusso con il rischio di avere urti e effetti di comprimibilità) maggiore è il numero dei canali che devo avere per

rappresentare correttamente la realtà; infatti, maggiore è il numero di canali, maggiore è la probabilità che

quello che ottengo al centro del canale è una corretta rappresentazione di una condizione periodica del

flusso. Queste applicazioni sono molto rare siccome sono molto complesse da utilizzare nella realtà (per la

distribuzione del flusso nel settore anulare). Lʼapplicazione rappresentata serve per determinare lʼinterazione

di un combustore anulare sulle vanes del primo statore della turbina (siccome il flusso in uscita dai

combustori possiede uno swirl e non è quindi omogeneo); nel caso reale, infatti, esistono più combustori

anulari prima della turbina e quindi si è scelto di mantenerne uno completo (nella geometria) a monte della

schiera di vanes da studiare.

Closed Loop Wind Tunnel

An Heat Exchanger is required to cool the stream (heated by the fan/compressor).

oss: Tutte le tipologie di gallerie del vento (il rig completo, quelle lineari e anche quelle che simulano un solo

settore) possono essere ad anello chiuso oppure aperto; per quanto riguarda la configurazione ad anello

aperto ne esistono di diverse tipologie in base allo spazio a disposizione. Il vantaggio dellʼanello chiuso è

Performance Test and Test Rig 17

quello di mantenere parte dellʼenergia cinetica che ho già fornito al flusso (quindi lʼapporto di energia alla

galleria del vento diminuisce); lo svantaggio di una configurazione di questo tipo è che la temperatura del

flusso aumenta quindi si deve aggiungere uno scambiatore di calore per cercare di mantenere la temperatura

costante durante la simulazione (siccome se necessitiamo delle condizioni di flusso controllato dobbiamo

farlo anche in termini di temperatura). Le sezioni sono opportunamente dimensionate per ottenere un flusso

controllato e uniforme a contatto con il modello da studiare (che si trova nella sezione di test). Bisogna anche

considerare lo strato limite con le pareti fisiche della galleria; per tenere sotto controllo tale aspetto il flusso

viene accelerato prima di giungere nella sezione di test (tramite un restringimento della sezione) in modo da

avere un flusso più uniforme possibile. A valle si posizionano anche dei piani a nido dʼape (in una sezione più

ampia che rallenta il flusso, aggiungendo delle perdite) che hanno il compito di distruggere i vortici creati,

renderli più piccoli e avere di nuovo un flusso uniforme da accelerare; tipicamente i nidi dʼape vengono

posizionati dopo le curve dove potrebbero formarsi dei vortici non voluti. Un altro vantaggio dellʼanello chiuso

è che possono utilizzare gas pericolosi che con lʼanello aperto non potrei usare (siccome nel secondo caso si

esce e si scarica in atmosfera); inoltre, si può variare il numero di e il numero di a proprio piacimento

in modo indipendente mantenendo, per esempio, la velocità costante e variando i livelli di pressurizzazione

(cosa che non si può fare in un anello aperto siccome per variare tali numeri devo agire sulla velocità di

rotazione del fan che li fa variare in modo combinato). Gli anelli chiusi sono solo per test a bassa velocità

siccome richiedono molto spazio e sono difficili da progettare e usare.

Linear Wind Tunnel

It allows to investigate effects on axial flow turbomachinery components (both rotor and stator).

oss: Le gallerie del vento più utilizzate sono quelle lineari siccome sono semplici da utilizzare sebbene

possano comunque fornire informazioni importanti riguardo il funzionamento reale delle macchine; queste

gallerie consentono di studiare i singoli componenti della macchine a fluido assiali (turbine o compressori) e

sebbene siano disegnate per uno studio bidimensionale consentono di estendere le conoscenze anche agli

effetti tridimensionali. La classificazione di queste gallerie del vento avviene osservando la posizione relativa

del fan e della sezione di test.

PRESSURIZED WIND TUNNEL

Pressurized, open loop wind tunnel for low speed testing.

oss: Se il fan è localizzato prima della sezione di test allora in tale punto la pressione è maggiore di quella

atmosferica e si parla di galleria pressurizzata. Il flusso allʼuscita del fan non è perfettamente stazionario ma si

crea un flusso periodico dovuto al passaggio nel rotore del fan; per risolvere tale problema si utilizza la stessa

soluzione utilizzata anche nellʼanello chiuso ovvero una sezione maggiore con un piano a nido dʼape che

consente di rendere il flusso omogeneo in modo che poi esso possa essere accelerato (disaccoppiamento tra

Performance Test and Test Rig 18

la sezione di test e il fan). Sono utilizzati per test a bassa velocità siccome per innalzare bisogna far

ruotare più velocemente il fan innalzando di molto il costo (siccome in questo caso, essendo ad anello aperto,

tutta lʼenergia fornita a flusso viene persa).

SUCTION TYPE WIND TUNNEL

Suction type, open loop wind tunnel for high speed testing.

oss: In questo caso la pressione nella sezione di test è sempre minore di quella atmosferica e quindi questa è

una galleria sotto pressione. Questa soluzione è più comoda essendo che richiede meno spazio visto che non

è più necessaria la sezione maggiore con il nido dʼape essendo il fan a valle della sezione di test. La qualità

del flusso che si ottiene è direttamente legata alla capacità di disegnare la sezione dʼingresso; essa è sempre

convergente consentendo di accelerare lʼaria presa dallʼatmosfera (che è dotata di velocità nulla). Il flusso

viene poi ridato allʼatmosfera e quindi si crea una sezione divergente (diffusore, si converte energia cinetica in

pressione) dove si trova il fan in modo da consumare meno. Queste gallerie del vento sono tipicamente

utilizzate per alte velocità (avendo la sezione divergente) ma anche per la bassa velocità.

Blow Down Wind Tunnel

For high speed testing.

OPEN LOOP PRESSURIZED FACILITY

oss: È la soluzione adottata quando la velocità diventa talmente alta che una galleria del vento continua non è

più sostenibile economicamente. In questo caso necessitiamo di aria secca da mandare nei cilindri che poi

viene rilasciata tramite delle valvole. I cilindri vengono riempiti tramite dei compressori e le valvole devono

essere aperte in modo corretto per stabilire e raggiungere le condizioni desiderate nella sezione di test (che

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dipendono della capacità dei cilindri e dal necessario). La durata della simulazione dipende dal

necessario e non tutto il tempo in cui si ha aria nella galleria è utile siccome noi necessitiamo di condizioni

uniformi (esiste una parte iniziale [non sfruttabile, si devono raggiungere le condizioni richieste], una finestra

stabile in cui posso effettuare le misurazioni e poi la parte finale [non sfruttabile, non si è più in grado di

mantenere le condizioni richieste]). La finestra di misurazione può durare anche pochi secondi (quindi gli

strumenti dovranno essere scelti in base a tale tempistica). Necessito di aria secca altrimenti avrei formazione

di ghiaccio siccome in questo caso si esegue unʼespansione molto rapida di aria compressa che porta la

temperatura ad abbassarsi (si deve anche pulire lʼaria tramite filtri).

OPEN LOOP SUCTION TYPE FACILITY

oss:

In questo caso necessitiamo di un sistema che crea il vuoto (al posto del compressore con i cilindri) ma il

sistema è molto simile al precedente.

Queste erano tutte le possibili tipologie di gallerie del vento che si possono trovare in laboratorio