Docente

prof. Pietro GIANNATTASIO

Crediti

6 CFU

Lingua

Italiano

Obiettivi formativi specifici

Il corso sviluppa le nozioni di base impartite nel corso di Macchine al fine di promuovere una conoscenza più approfondita del comportamento termofluidodinamico delle turbomacchine assiali e radiali. I criteri e gli elementi di dimensionamento delle turbomacchine presentati nel corso possono così basarsi su una interpretazione critica del loro comportamento piuttosto che risultare in mere procedure automatiche di calcolo. L'introduzione alle teorie bi- e tri-dimensionale delle turbomacchine assiali si prefigge, in particolare, di fornire strumenti di alto profilo per il progetto ottimizzato di questa importante categoria di macchine a fluido.

Competenze acquisite

- Conoscenza approfondita del comportamento energetico e fluidodinamico delle turbomacchine.
- Estesa competenza sulle caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di turbomacchine.
- Calcolo delle prestazioni di una data turbomacchina in ogni condizione di funzionamento.
- Progettazione bidimensionale delle turbomacchine assiali sulla base della teoria dei flussi in schiere palari.
- Progettazione tridimensionale delle turbomacchine assiali mediante la teoria dell'equilibrio radiale.
- Progettazione di pompe, ventilatori e compressori centrifughi.
- Progettazione ottimizzata di componenti critici delle turbomacchine.

Programma

Richiami di termofluidodinamica delle macchine: equazioni di conservazione della massa, della quantità di moto e del momento della quantità di moto; equazioni di conservazione dell'energia in forma lagrangiana ed euleriana; il secondo principio della termodinamica; trasformazioni reversibili, resistenze passive e scambi termici nelle macchine a fluido; definizione dei rendimenti delle macchine (10 ore).
Studio e progetto di ugelli e diffusori: modello di flusso monodimensionale isentropico; ugelli subsonici e supersonici; calcolo della portata negli ugelli e nelle turbine multistadio; sviluppo dello strato limite e perdite di pressione totale negli ugelli e nei diffusori; progetto ottimizzato dei diffusori in relazione al rendimento e al coefficiente di pressione (8 ore).
Flussi in schiere palari: analisi delle forze nelle schiere; portanza, resistenza e relativi coefficienti; prestazioni delle schiere di turbina e compressore; correlazioni di Lieblein e Howell per le schiere di compressore; correlazione di Ainley e criterio di Zweifel per le schiere di turbina (10 ore).
Teoria bidimensionale delle turbine assiali: termofluidodinamica dello stadio; rendimenti total-to-total e total-to-static; correlazione di Soderberg; criteri di progetto delle turbine assiali; scelta del grado di reazione; massimizzazione del rendimento total-to-static di uno stadio reversibile; applicazione della teoria dei flussi in schiera al dimensionamento delle turbine assiali (6 ore).
Teoria bidimensionale dei compressori assiali: termofluidodinamica dello stadio; perdite e rendimento dello stadio; scelta del grado di reazione e del fattore di carico; prestazioni fuori progetto; work-done factor; applicazione della teoria dei flussi in schiera al dimensionamento di compressori, pompe e ventilatori assiali; funzionamento instabile dei compressori (stallo rotante e pompaggio) (6 ore).
Flusso tridimensionale nelle turbomacchine assiali: teoria dell'equilibrio radiale e sua applicazione ai problemi diretto e inverso (di progetto), vortici libero, forzato, generale, ad alfa costante e a portata specifica costante; applicazione della teoria dell'equilibrio radiale al dimensionamento delle turbomacchine assiali; flussi secondari e perdite secondarie nelle turbomacchine assiali (8 ore).
Pompe, ventilatori e compressori centrifughi: termofluidodinamica dello stadio; progettazione ottimizzata degli induttori di pompe e compressori centrifughi; calcolo dello slip factor e progetto della girante; numero di Mach all'uscita della girante di un compressore centrifugo; progetto dei diffusori palettati e non; il chocking in uno stadio di compressore (8 ore).
Turbine radiali: tipi di turbine centripete; turbina IFR a 90°, termofluidodinamica dello stadio, rendimento al punto di progetto, criteri di dimensionamento (4 ore).
Esercitazioni (12 ore).

Bibliografia

- Appunti del docente
- S.L. Dixon - Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery - Pergamon Press, Oxford (UK).

Modalità d'esame

prova scritta e orale