Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Osnaghi Carlo

Appunti di Fluidodinamica delle turbomacchine per l’esame del professor Ornaghi. Gli argomenti trattati sono i seguenti: le nozioni della fluidodinamica, le trasformazioni nelle turbomacchine, l'analisi del flusso nelle turbomacchine, l'equilibrio radiale.

Gli appunti contengono i seguenti argomenti trattati durante il corso: - Richiami di fluidodinamica: operatori vettoriali e tensoriali. Sforzi in un continuo. Equazioni di conservazione della massa, quantità di moto ed energia nelle diverse forme integrali e differenziali. Moto quasi monodimensionale, didimensionale e tridimensionae, in un sistema di riferimento assolutio o relativo. Portanza e resistenza su profili alari. Moti viscosi laminari e turbolenti Strato limite. - Teoria della similitudine applicata alle turbomacchine: similitudine idraulica. Classificazione delle turbomacchine per mezzo del numero di giri e del diametro specifici. Influenza della viscosità, della scala e della cavitazione nelle macchine idrauliche. Influenza della comprimibilità nelle turbine termiche e nei compressori. - Richiami di termodinamica: grandezze, principi ed equazioni della termodinamica. Equazione di Eulero. Rappresentazione delle trasformazioni ideali e reali. Rendimenti e coefficienti di perdita. Grado di reazione. Recupero. - Fluidodinamica delle turbomacchine: coordinate assialsimmetriche, superfici di rappresentazione del flusso: superficie interpalare, meridiana e secondaria. Principali elementi geometrici e fluidodinamici di una schiera di pale. Effetto di schiera, influenza del numero delle pale e accelerazione di Coriolis in rotori radiali. Equilibrio radiale ed nelle macchine assiali. Flussi secondari nelle macchine, effetti tridimensionali, influenza dei giochi, effetti di scia. Schemi numerici di soluzione dei flussi bidimensionali e tridimensionali, non viscosi e viscosi, stazionari e instazionari. Problemi di progetto e di verifica. - Compressori assiali: classificazione e analisi secondo la teoria monodimensionale. Aerodinamica delle pale, transizione e separazione. Determinazione degli angoli del flusso, delle perdite e del numero di pale per mezzo di criteri analitici e sperimentali. Flussi secondari e correlazioni relative. Effetto dei giochi. Pale supersoniche: problemi di incidenza unica. Funzionamento delle pale di compressori assiali in condizioni fuori progetto. - Compressori centrifughi: fondamenti e studio monodimensionale. Influenza del numero delle pale. Fattore di scorrimento nei rotori. Perdite nei rotori. Ottimizzazione della geometria meridana dei compressori. Teoria dei diffusori incomprimibili e comprimibili: fattore di forma. Diffusore a vortice libero e palettato, subsonico e supersonico. Teoria delle volute. Attrito dei dischi. Curve di funzionamento dei compressori. - Funzionamento anomalo dei compressori: Teoria semplificata di Helmoltz. Stallo e stallo rotante in compressori assiali e centrifughi. Ciclo di pompaggio; interazione macchina-impianto. - Turbine a gas e a vapore: analisi monodimensionale di stadi a diverso grado di reazione e per diversi parametri di ottimizzazione. Correlazioni per il calcolo del flusso a valle di schiere d pale subsoniche e supersoniche. Correlazioni de perdita di Soderberg, Ainley, Traupel e altri. Correlazioni di perdite secondarie e per giochi. Labirinti e trafilamenti. Criteri di carico per schiere di turbina assiale. Parzializzazione. Influenza della temperatura massima del ciclo in turbine a gas. Pale ceramiche e raffreddate per convezione e a film. Scambio termico in turbine raffreddate. - Vibrazioni forzate e autoeccitate di pale di turbomacchine: Forzanti aerodinamiche periodiche. Eccitazione aeroelastica: Flutter classico, di satllo, di blocco sonico. Dissipazioni meccaniche.