OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo dell'insegnamento è fornire le conoscenze fondamentali sulle turbomacchine. I principi di funzionamento delle turbomacchine, lo scambio energetico fra fluido e macchina. La fluidodinamica delle turbomacchine motrici ed operatrici. L'architettura delle turbine a gas per generazione di potenza e per propulsione aerea. Criteri generali di progettazione e di verifica delle prestazioni delle turbine a gas

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni teoriche e applicative

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione:

• Elementi di tecnologia delle turbine a gas.
• Architettura e tecnologia delle turbine a gas per produzione di potenza e per propulsione aerea
• Equazioni fondamentali delle turbomacchine.

Compressori assiali e Turbine assiali:

• Rappresentazione geometrica delle turbomacchine assiali.                                
• Triangoli delle velocità.
• Principali fenomeni fluidodinamici dei compressori e delle turbine assiali:
• Flusso sulle superfici interpalari, Flusso nel piano meridiano.
• Flusso viscoso perdite energetiche nelle turbomacchine (strato limite, scie palari e flussi secondari).
• Flussi instazionari nelle turbomacchine (interazione aerodinamica statore-rotore).

Teoria dello strato limite:

• Concetto di strato limite. Approssimazioni di Prandtl.
• Equazione integrale di von Karman.
• Correlazioni per la transizione e la separazione dello strato limite.
• Elementi di base della fisica dello strato limite turbolento.
• Effetto della turbolenza sulla produzione delle perdite e sul trasporto di quantità di moto.

Compressori assiali:

• Stadi ripetitivi e simmetrici, prevorticatore. Grado di reazione.
• Incremento di pressione nel rotore e nello statore.
• Trasformazione di compressione nel piano termodinamico h-s.
• Forze aerodinamiche sui profili. Carico aerodinamico globale.
• Carico aerodinamico locale. Distribuzione di pressione lungo i profili.
• Distribuzione del coefficiente di pressione e velocità sui profili palari.

Limitazione al carico aerodinamico:

• Correlazione di Howell. Effetto della deflessione e della solidità della schiera.
• Correlazione di Liblein. Rapporto di diffusione.
• Effetto delle condizioni fuori progetto sul carico aerodinamico e sulle prestazioni nei compressori assiali.

Turbine assiali:

• Geometria degli stadi di turbine.
• Espansione nel piano termodinamico h-S.
• Grado di reazione.
• Carico aerodinamico delle turbine. Coefficiente di Zwifel per il carico aerodinamico.
• Distribuzione del carico. Profili caricati anteriormente e posteriormente.
• Caratteristiche dei profile a basso numero di Reynolds.
• Interazione scia / strato limite di profilo.
• Flussi secondari nelle turbine assiali.

Bilancio delle forze nei rotori di compressori e turbine assiali:

• Proiezione lungo la linea di corrente: porta all’equazione dell’energia meccanica nei rotori.
• Proiezione in direzione normale: spiega come si origina il carico palare.
• Proiezione lungo il raggio: determina la distribuzione lungo l’altezza della pala.

Distribuzione del flusso nel piano meridiano dei rotori:

• Equazione dell’equilibrio radiale a monte e valle del rotore di uno stadio assiale.
• Equazione NISRE ed ISRE.
• Applicazione di NISRE al progetto preliminare di uno stadio di turbine assiale.
• Distribuzione degli angoli della pala e del grado di reazione lungo l’altezza palare.

Compressori centrifughi:

• Flusso nei compressori centrifughi. Triangoli delle velocità.
• Pressione totale relativa ed entalpia totale relativa. Trasformazione nel piano h-S.
• Carico aerodinamico sulle pale rotoriche. Esperimenti di Eckart sui compressori centrifughi.
• Correlazione di Johnston and Rothe per i diffusori rotanti.
• Bilancio delle forze in un rotore centrifugo.
• Teoria ed esperimento di Moore.
• Struttura del flusso rotorico a jet and wake.
• Flussi secondari nei rotori centrifughi.
• Stabilità dello strato limite nei diffusori rotanti.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

S.L.Dixon, FluidMechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, Elsevier.

B. Lakshminarayana, Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, Wiley.

N. A. Cumpsty, Compressor Aerodynamics, Longman.

H. Cohen, G. Roger, H. Saravanamuttoo, Gas Turbine Theory, Wiley.