Aerotermodinamica e progettazione delle turbomacchine

La progettazione delle turbomacchine richiede l’analisi di dettaglio del flusso che attraversa la macchina in condizione di funzionamento nominale e fuori progetto, al fine di minimizzare le perdite ed evitare instabilità in tutto il campo di applicazione. A tale scopo, l’utilizzo combinato di strumenti numerici e sperimentali permette da una parte di raggiungere risultati più accurati ed affidabili con un contenuto dispendio di tempo e dall’altra di individuare criteri di progettazione innovativi che permettano l’incremento delle prestazioni delle macchine.
Indagini di dettaglio condotte presso il Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine del DIME tramite l’impiego di tecniche di misura di avanguardia quali la Particle Image Velocimetry, la Laser Doppler Velocimetry e l’Hot-Wire Anemometry hanno permesso di approfondire la conoscenza dei meccanismi di perdita all’interno di diversi tipi di turbomacchine operatrici e motrici, radiali e assiali. Le conoscenze acquisite sulla transizione delle strato limite, la separazione, l’interazione statore-rotore, lo stallo hanno portato all’identificazione di linee guida e correlazioni utili per la progettazione di diverse tipologie di turbomacchine. Inoltre i data base ottenuti da indagini sperimentali approfondite e dettagliate dei complessi fenomeni termo-fluidodinamici che si generano nelle turbomacchine hanno permesso la messa a punto e la validazione dei codici di calcolo di progettazione e verifica in condizioni di funzionamento realistiche.
La progettazione della macchina viene effettuata tramite procedure numeriche di dimensionamento e ottimizzazione messe a punto dal gruppo di ricerca del Laboratorio di Progettazione di turbomacchine per l’energia e la propulsione. Le soluzioni del problema possono essere molteplici ed un progetto è ritenuto di maggior rilievo quanto più la turbomacchina individuata è innovativa e le sue prestazioni superano quelle delle macchine esistenti. Come passo successivo viene applicata una procedura di verifica con metodi numerici in grado approfondire l’analisi di dettaglio del flusso in condizioni nominali e non, al fine di accertare se le prestazioni fornite dalla turbomacchina progettata sono adeguate all’impianto in cui la macchina deve essere inserita.

Pubblicazioni

Berrino M., Lengani D., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F.: “Dynamics and Turbulence Characteristics of Wake-Boundary Layer Interaction in a Low Pressure Turbine Blade”, ASME paper GT2015-42626, 2015.
Claudia Raffaeli, Riccardo Ghio, Alessandro Sabattini, Alessandro Trucco, Dario Barsi, Carlo Costa, Giulio Croce and Gianluca Ricci: “Design and Analysis of a Steam Turbine for small power plants applications”, 12th International Symposium on Experimental Computational Aerothermodynamics of Internal Flows, Lerici, Italy 2015.
Giulio Croce, Dario Barsi, Antonio Satta: “A viscous through-flow model for turbomachinery analysis”, 11th International Symposium on Experimental Computational Aerothermodynamics of Internal Flows, Shenzen (China), 2013.
Lengani D. Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F.: “Near wall measurements in a separating turbulent boundary layer with and without passive flow control", Progress in Wall Turbulence: Understanding and Modelling, M. Stanislas et al. (eds.), Springer, Vol. 14, 2011, pp. 151-159.
Satta F., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P.: “An experimental investigation of the dissipation mechanisms in the suction side boundary layer of a turbine blade”, Journal of Thermal Science, Volume 17, Number 4, 2008, pp. 289-297.