Turbomacchine - Perdite

TURBOMACCHINE

Gruppo di dispositivi che operano su un fluido continuo in modo da espanderlo o comprimerlo con lo scopo di estrarre energia dal fluido stesso o cederla.

ENERGIA AL FLUIDO (OPERATRICI)

• VENTILATORI
• POMPE
• COMPRESSORI
• ELICHE

• gas liquidi → FLUSSO INCOMPRIMIBILE
• gas → FLUSSO COMPRIMIBILE
• gas + liquidi → FLUSSO COMPRIMIBILE O INCOMPRIMIBILE

ENERGIA ALLA MACCHINA (MOTRICI)

• TURBINE
• ESPANSORI
• TURBINE

• gas e liquido → FLUSSO COMP. E INCOMP.
• gas → FLUSSO COMPRIMIBILE.
• gas → FLUSSO INCOMPRIMIBILE

DIAGRAMMA DI BALJE

Diagramma che deriva dalla TEORIA DELLA SIMILITUDINE. In particolare il diagramma di BALJE descrive l’EFFICIENZA ISONENTROPICA η_is in funzione di due parametri:

• N_s = Numero di giri specifico
• D_s = Diametro specifico

Con questo diagramma si può scegliere l’architettura più efficiente della macchina al variare dei due parametri N_s e D_s. Questi grafici sono derivati nel caso di macchine motrici o operatrici ma i parametri riportati all’interno sono gli stessi.

Gli elementi costitutivi di una turbomacchina sono STATORE e ROTOR o, ove valvo costruttive, […] vani.

Le PALETTATURE ROTORICHE servono per scambiare con il flusso l’energia e per dare al flusso quantità di moto. ESSE IMPARTISCONO FORZE al flusso tangenziali e generano momento torcente.

• FORZA TANGENZIALE → MOMENTO TORCENTE SULLA MACCHINA → SCAMBIO DI POTENZA TRA FLUIDO E PALE

Nelle macchina assiali, lo scambio di potenza viene ottenuto grazie alla deflessione (cambio di direzione) del flusso.

Le forme delle palettature e il flusso si possono ottenere anche variando la sezione del passaggio (variando di pressione) oppure variando il raggio delle macchina (macchine radiali).

Esistono 2 tipi di flussi.

• INTERNI: Nelle turbomacchine [...]
• ESTERNI: Nelle ali degli aerei [...]

IL FLUSSO IN UNA TURBOMACCHINA È NON STAZIONARIO

Questa condizione è fondamentale per produrre lavoro perché se il flusso fosse perfettamente stazionario, cioè se non ci fosse variazione temporale nel tempo sarebbe impossibile avere variazione nell'entalpia totale e quindi sarebbe impossibile cambiare LAVORO.

È possibile ignorare la non stazionarietà del flusso, lavorando su un sistema di riferimento solidale all'elemento di tratto.

• Sistema inerte o assoluto per STATI.
• Sistema solidale per ROTORI.

La descrizione nei due sistemi di riferimento genera il cosiddetto studio del TRIANGOLO DI VELOCITÀ della turbomacchina.

I triangoli veloci non tengono conto di molti aspetti aeroelastici e aerodinamici, che sono fondamentali per la progettazione ottimale di una turbomacchina.

La generazione di forze e momenti agenti sulle palette sugli elementi è calcolata.

A volte è difficile conoscere gli stati tensionali dovuti all'interazione tra il fluido e le palette. Per questo si utilizza il metodo del volume di controllo con il quale calcoliamo le portate uscenti senza sapere la distribuzione degli sforzi.

Conservazione della quantità di moto:

Stazionario

Conservazione dell'energia:

Conservazione della massa:

Il momento torcente all'albero può essere scritto con la conservazione della quantità di moto

La potenza scambiata viene descritta come segue:

Equazione di Eulero per le turbomacchine

Che per questo valore del numero di Mach lo strato limite può essere considerato INCOMPRIMIBILE.

La generazione di entropia nello strato limite sulle pale si calcola. Come segue tramite l'integrando di un'equazione CURVILINEA:

S = ascissa curvilinea

S_tot = lunghezza della pala lungo curvilinea

C_f = coefficiente

Il coefficiente di perdita di entropia do dato da:

m = ρ V_ref cos α r.g. flitch della pala

Il termine 1 contenente un cubo della velocità, fa capire il gran parte delle perdite derivino dalla suction side, dove la pressione rimane e le velocità sono maggiori.

Il termine 2 fa capire che per ottimizzare combinandoli ingresso e uscita degli angoli α flusso c'è un rapporto ottimale tra il pitch e la corda.

Lo sviluppo dello strato limite non solo produce perdite lungo lo strato stesso ma produce anche le cosiddette perdite AL BORDO D'USCITA.

LE PERDITE AL BORDO D'USCITA sono causate dalla ZONA DI SEPARAZIONEDELLO STRATO nei dietro della pala.

Come si evince da grafico a dx queste perdite al variare del Mach₁ in uscita, hanno notevole importanza sulle perdite totali.

Al bordo di uscita la distribuzione di pressioneè allungata costantemente ed è chiamata BASE PRESSURE, essa è più bassa della pressione statica sulla superficie.

Infatti l'attitudine tra la base pressure e la pressione statica è espressa dal coefficiente C_PB.

C_PB =  P_B - P_ref  P_ref / 2

Infatti:

P_BP_ref

punto di separazione

PR_ef pressione

Statica

VC_ref²

TANTO PIÙ è negativo il C_PB TANTO PIÙ LE  PERDITE SONO SE IL FLUSSO NON COSÌ VISCOSO quindi

Questo meccanismo schematizza cosa succede in corrispondenza in una pala. Quando siamo in vicin alla pareti di casse o mozzo (che rappresentano superfici orizzontali e verticali).

In definitiva quando il flusso incontra un ostacolo (di sale è la pala) crea due rami di vortex controrotanti, considerando una pala e i due rami verranno chiamata:

Suction side horse shoe vortex e Pressure side horse shoe vortex.

All'interno di una macchina quindi ne avremo creati 2 tipi di vortex:

• Passage vortex derivale dalle pressure side
• Horse shoe vortex diviso in:
• SS horse shoe avente origine alla suction `intake` di causa di gradiente di pressione
• PS horse shoe, avente origine alla pressure side alla fine. ^ di causa del gradiente di pressione

Notiamo che il Passage vortex è corotante con il Pressure side horse shoe vortex e quindi collimano. Può formarsi un vortex maggiore.

Il Suction side horse shoe è controrotante e quindi si attiva e quindi converra con loro senza miscolarsi).

Quetsi vortex creeranno perdite a causa del trasporto di energia cinetica (vorticosa) che non contribuisce allo scambio di lavoro nel pale, e quindi viene dissipata generando entropia e perdite.

Sebbene in alcun modali di tessurizzazione dei paletti completamente e dissipata all'intorno al bordo si usurato. Questa potrebbe essere un problema. Immagino in anche se un vortex potrebbe essere un problema in questi vortex vi scomperebbero e interagirebbero con le schefre succcessive venendo perdite aggiuntive.

Poiché un vortex dissipa energia? Un vortex nasce in un flusso e in un motore vi successivamente a intrecciare un elemento e i fluidi di velocimento creando una interazione molto complessa un scema di questo una iterazione (UNA STAZIONARIA NEL EXASSSIONE CON COMPONENTI E UNA CAUSA ALLE PERDITE) o breakdown del vortex o porutura del vortex. Immagina che il vortex.

Procorre spazio ridendo avviene costantemente un'energia cinetica fino al collasso (o breakdown) nel quale tutta l'energia cinetica è dissipata.

I meccanismi di collasso sono 2, Asimetrico e o badi spirale.

Le perdite in un vano possono essere quantificate tramutti un coefficiente di perdita sulle .

• Aumento del midspan le perdite è la più bassa davo chio non agisce cirago
• Subitamante le perdite diminura nel profundo è che no agire alte midspan
• Aumento midspan è che più agire altro de midspan
• Notiamo le perdite incrementano sempre più si avvicina siete like che divergono caso di mach
• Aumento midspan la perdite si sbalci nel profuno
• Hemidspan

Altro effetto importante è quello delle devianze dei fusso sul piano ortogonale dei fusso secondari.

Questo effetto è anche chiamato di decuglio. Generalmente è determinata tra gli anglo che porta a spiroementricano usato (per i cui più velocità = ¼ 2) ordine delle pressione della vita.