Appunti di Macchine a fluido 2

MACCHINE A FLUIDO II

Lo scopo principale è quello della produzione di energia meccanica o di getto per trasformarla in energia elettrica o per propulsione. I principali elementi per produrre energia meccanica sono:

• Motori a combustione interna: rumorosi, costante manutenzione a causa della lubrificazione/refrigerazione, bassi rendimenti globali (20 - 30%)
• Turbine: pochi problemi di lubrificazione, si distinguono in:
  • Turbine a vapore: producono diversi GW di potenza per rendimenti max intorno al 40%, un accessorio di un costoso e ingombrante generatore di vapore;
  • Turbine a gas: il rendimento aumenta all'aumentare della temperatura di ingresso e dell’aerodinamica delle pale, raggiungendo il 40%.

Le turbine a vapore si prestano meglio alla produzione di energia elettrica.

Spesso si combinano questi elementi per aumentare il rendimento. È il caso dell'impianto combinato turbogas, utilizzato per la produzione di energia elettrica e per la propulsione (turboreattore, turbofan, turbolellica). La turbina aeroderivata è realizzata per la propulsione ma spesso viene adattata per produrre energia elettrica.

GASDINAMICA

La gasdinamica è la dinamica dei flussi comprimibili, con n° di Mach >0,3, ed in cui la variazione di densità dovuta a un variazion di velocità non è trascurabile.

MACCHINE A FLUIDO II

1. Lo scopo principale è quello della produzione di energia meccanica o di quiete per trasformarla in energia elettrica o per propulsione. I principali elementi per produrre energia meccanica sono:
• Motori a combustione interna: rumorosi, costante manutenzione a causa della lubrificazione-refrigerazione, bassi rendimenti globali (20 - 30%)
• Turbine: pochi problemi di distribuzione, si distinguono in:
  • Turbine a vapore: producono diversi GW di potenza con rendimento max intorno al 40%, un necestimano di un costoso e ingombrante generatore di vapore;
  • Turbine a gas: il diffusore aumenta all'aumentare della temperatura di ingresso e dell'aerodinamica delle pale, raggiungendo il 40%;
2. Le turbine a vapore, si prestano meglio alla produzione di energia elettrica.

Spesso si combinano questi elementi per aumentare il rendimento. È il caso dell'impianto combinato tipotergos, utilizzato per la produzione di energia elettrica e per la propulsione (turboelica, turbogas, turbofan). La turbina aeroderivata è realizzata per la propulsione un esemplare viene adattata per produrre energia elettrica.

GASDINAMICA

La gasdinamica è la dinamica dei flussi comprimibili, con n di Mach > 0,3, ed in cui la variazione di densità dovuta a variazione di velocità non è trascurabile.

Equazioni di conservazione generali

Consideriamo un volume di controllo R racchiuso dalla superficie S, attraverso il quale scorre un flusso. u è la normale alla superficie.

Definiamo una grandezza estensiva come una grandezza che dipende dal volume, mentre si dice intensiva se è indipendente dal volume.

Ora, se indico con G una qualsiasi grandezza estensiva e con Q la grandezza intensiva associata, posso scrivere la relazione generale che lega 2 grandezze al volume di controllo R:

G = ∫_R ρ Q dτ

• Proporzione di G all’interno di R, possente nel caso di reazioni chimiche — non considerata.
• Trasporto netto di G all’interno di R attraverso S.
• Altre cause di variazione di G (conduttività del materiale,...).

Perciò possiamo scrivere:

dG/dt = -∮_S ρ ( u ⋅  i) dA_S + altre cause

La quantità Q viene trasportata se il prodotto scalare tra  u e  i è diverso da zero. Quando u e  ui è positivo (u e  i hanno stesso verso e direzione) la quantità Q sta uscendo da R e quindi si predispone ad una diminuzione di G nel tempo; mentre quando u e  ui è negativo (u e  i hanno stessa direzione ma verso opposto) la quantità Q sta entrando in R e quindi si avrà un aumento di G nel tempo. Perciò si mette il segno meno.

Casi generali in forma integrale:

1) Conservazione della massa: su questo caso G è la massa e Q = 1, perciò: _G = ∫_R ρdτ

Voglio vedere come cambia la massa nel tempo: dG/dt = d/dt ∫_R ρdτ = -∫_S ρ(v · n)dS

2) Conservazione della quantità di moto: su questo caso G è la quantità di moto e Q = v, perciò: _G = ∫_R ρvdτ

Voglio vedere