FLUIDODINAMICA DELLE MACCHINE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- PIER RUGGERO SPINA
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-IND/09
Obiettivi formativi
- Il corso, propedeutico al corso di “Progettazione fluidodinamica delle turbomacchine”, ha l’obiettivo di fornire le conoscenze sui principali fenomeni fluidodinamici che si manifestano all’interno delle macchine a fluido incomprimibile e comprimibile. Le conoscenze e gli strumenti forniti sono finalizzati a fornire le capacità necessarie per comprendere e modellizzare i suddetti fenomeni fluidodinamici.
Prerequisiti
- Conoscenze acquisite nei corsi di "Macchine" del CdL in Ingegneria Meccanica e di "Termofluidodinamica numerica + Fluidodinamica numerica applicata alle macchine e ai sistemi energetici" del CdLM in Ingegneria Meccanica.
Contenuti del corso
- Il corso prevede 60 ore di didattica frontale in aula, tra lezioni ed esercitazioni. Gli argomenti sviluppati durante il corso sono i seguenti:
1) Equazioni del moto. Definizioni di circolazione e rotore del vettore velocità. Significato di moto irrotazionale. Funzione potenziale di velocità. Equazione di equilibrio radiale. Equazione energetica del vortice. Condizione di vortice libero. (5 ore)
2) Definizioni di: gas perfetto, velocità del suono e numero di Mach. Definizioni di: entalpia, temperatura, pressione e densità statiche e totali. Ipotesi di incomprimibilità. (2 ore)
3) Meccanismi di perdita e loro valutazione: coefficienti di perdita. Strato limite, perdite nello stato limite, spessori dello strato limite. Prestazioni, perdite e fenomeni di separazione dei diffusori. Perdite per brusco allargamento di sezione. Procedure di media in flussi non uniformi. Perdite per miscelazione. (6 ore)
4) Campo di pressione generato da una sorgente di disturbo mobile. Angolo di Mach. Espansione e compressione isentropiche in un flusso supersonico. Formazione delle onde d’urto. Onde d’urto normali e oblique. Riflessioni e interazioni di onde d’urto. (6 ore)
5) Equazioni del flusso monodimensionale, stazionario, comprimibile di un gas perfetto in un condotto. Flusso isentropico attraverso un condotto di area variabile. Espressione della portata ridotta in funzione del rapporto di espansione e del numero di Mach. Comportamento di un condotto convergente e convergente-divergente al variare delle condizioni a valle. Flusso adiabatico irreversibile attraverso un condotto di area variabile. Comportamento di due ugelli fissi in serie, nell'ipotesi di completa dissipazione dell'energia cinetica tra i due ugelli, e di due ugelli in serie, uno fisso (statore) e uno mobile (rotore) (stadio di turbina). (8 ore)
6) Aerodinamica dei profili; influenza del numero di Mach, variazione delle prestazioni al variare dell’allungamento e del rapporto spessore/corda; risultati forniti dalla teoria aerodinamica; sovrapposizione degli effetti aerodinamici; profili NACA. Prestazioni dei profili posti in schiera; valutazione dell'effetto schiera. (15 ore)
7) Utilizzo di un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso (18 ore). Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni (42 ore);
• esercitazioni (18 ore), dove verrà utilizzato un codice CFD commerciale per la soluzione numerica di problemi fluidodinamici affrontati durante il corso. Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame consiste di norma in:
• due quesiti riguardanti gli argomenti trattati nel corso;
• presentazione e discussione dei problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD.
Per superare l’esame è necessario dimostrare di possedere le conoscenze di base su tutti gli argomenti del corso. La gradazione del voto positivo da 18 a 30 è funzione dell’approfondimento e del rigore con cui il candidato dimostra di conoscere gli argomenti trattati nel corso e del rigore e della chiarezza con cui vengono presentati e discussi i problemi fluidodinamici affrontati utilizzando il codice CFD. Testi di riferimento
- Testi consigliati
- Greitzer E.M., Tan C.S., Graf M.B. - Internal Flow - Cambridge University Press, 2006.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 1. Fluidodinamica e termodinamica delle turbomacchine - Pitagora, 1997.
- Shapiro A.H. - The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Vol. I & II - John Wiley &Sons, 1953.
Testi di consultazione
- Abbott I.H.,Von Doenhoff A.E. - Theory of Wing Sections - Dover Publications, 1959.
- Bettocchi R. - Turbomacchine - Pitagora Ed., Bologna, 1994.
- Cohen H., Rogers G.F.C., Saravanamuttoo H.I.H. - Gas Turbine Theory - Longman, 1996.
- Csanady G.T. - Theory of Turbomachines - McGraw Hill, 1964.
- Denton J.D. - Loss Mechanisms in Turbomachines - ASME Journal of Turbomachinery, Vol 115, pp. 621-656, 1993.
- Dixon S.D. - Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery - Elsevier, 2010.
- Mattioli E. - Aerodinamica - Levrotto & Bella; 3 ed., 1994.
- Pope A. - Wind Tunnel Testing - John Wiley & Sons, 1954.
- Sandrolini S., Borghi M., Naldi, G. - Turbomacchine termiche. Turbine - Pitagora, 1992.
- Sandrolini S., Naldi G. - Macchine 2. Le turbomacchine motrici e operatrici - Pitagora, 1998.
- Riegels F.W. - Aerofoil Sections - Butterworths, 1961.
Altro materiale didattico
http://www.unife.it/ing/lm.meccanica/insegnamenti/fluidodinamica-delle-macchine
