Progettazione di turbine idrauliche, eoliche e di microturbine a gas

Questo tema di ricerca riguarda lo studio, la ricerca, lo sviluppo e la progettazione dei componenti dei sistemi di conversione dell’energia da fonti energetiche rinnovabili, specificatamente impianti idroelettrici, impianti eolici e impianti a gas che seguono il ciclo Joule semplice o rigenerato. Su questa tematica il gruppo di ricerca contribuisce all’offerta formativa del Corso di Laurea Magistrale Energy Engineering.

-Turbine idrauliche, pompe e turbomacchine idrauliche reversibili per l’impiego in impianti idraulici ad accumulo. Nella progettazione di queste turbomacchine il gruppo di ricerca è attivo da decenni, anche in relazione all’esperienza pregressa di progettisti presso l’industria di alcuni componenti del gruppo di ricerca. Sono stati sviluppati metodi, procedure e programmi per la progettazione fluidodinamica di turbine idrauliche Kaplan, Francis e di pompe-turbine reversibili. Il processo di progettazione dei componenti della turbina si sviluppa a partire da un approccio concettuale e statistico e si basa su programmi di progettazione fluidodinamica quasi – tridimensionale e disegno dei profili palari su superfici di flusso assialsimmetrico. Segue analisi CFD tridimensionale viscosa. Recentemente la procedura è stata sviluppata in termini di ottimizzazione multidisciplinare.

-Turbine eoliche. Il gruppo di ricerca ha sviluppato negli anni metodi di analisi e progettazione di turbine eoliche. La progettazione fluidodinamica delle turbine eoliche ad asse orizzontale si basa sulla teoria alare, e su calcoli CFD tridimensionali del flusso attraverso il rotore della turbina. Recentemente la procedura è stata sviluppata in termini di ottimizzazione multidisciplinare basata su analisi CFD tridimensionale, analisi strutturale FEM e rotodinamica e algoritmo di ottimizzazione genetico e procedura di interrogazione e analisi delle prestazioni con l’ausilio di rete neurale. L’attività è stata principalmente focalizzata sulla progettazione di piccole macchine (fino a 60 kW) per applicazioni con venti medio bassi, volendo privilegiare la caratteristica di moderato impatto ambientale di questi impianti eolici.

-Turbogas e Micro turbine a gas. Il gruppo di ricerca è attivo ed ha una estesa esperienza nello studio aero-termodinamico dei principali componenti degli impianti turbogas: compressore, camera di combustione e turbina. L’attività di progettazione di impianti cogenerativi a microturbina a gas si sviluppa impiegando l’esperienza nella progettazione delle turbomacchine centrifughe e centripete e nello studio della combustione con bruciatori lean premixed o lean premixed prevaporized. Anche in questo caso la procedura di progettazione delle macchine utilizza un sistema di ottimizzazione multidisciplinare basata su analisi CFD tridimensionale, analisi termo meccanica FEM, analisi rotodinamica, a creep e a fatica e algoritmo di ottimizzazione genetico. L’obiettivo è la progettazione di sistemi ad elevata efficienza elettrica, nonostante le ridotte dimensioni dei componenti e l’utilizzo di turbine a gas non raffreddate. Sono in corso collaborazioni con gruppi di ricerca del dipartimento sui materiali e rotodinamica e con enti di ricerca italiani ed internazionali.

Pubblicazioni

  • D.Barsi, C. Gambaro, A. Perrone, L.Ratto, G. Ricci, F. Satta, D.Simoni, F.Stefani, M. Ubaldi, P. Zunino: “Advanced design of MGT”, Next Turbine 2015, Shanghai,2015.
  • D. Barsi, A. Perrone, L. Ratto, D. Simoni, P. Zunino: “Radial Inflow Turbine Design through Multi-disciplinary Optimisation Technique”, ASME Turbo Expo 2015, GT2015-42702, 2015.
  • M. Ubaldi, P. Zunino, A. Cattanei: “Relative flow and turbulence measurements downstream of a backward centrifugal impeller”, ASME Journal of Turbomachinery, vol. 115, 1993.
  • M. Ubaldi, P. Zunino: "Experimental investigation of the stalled flow in a centrifugal pump-turbine with vaned diffuser", ASME International Gas Turbine Congress, Brussels, ASME Paper No. 90-GT-216, 1990.
  • A. Satta, M. Ubaldi, P. Zunino: "Design of axial turbines for mini-hydro plants", ASME Winter Meeting, Anaheim, 1986.