L'insegnamento intende fornire una visione panoramica nel campo delle Macchine a Fluido, articolando gli argomenti nel modo seguente:
.1) introduzione (richiami di termodinamica, nozioni di fluidodinamica),
.2) componenti (turbine, compressori, pompe, motori alternativi),
.3) impianti (aperti e chiusi, a vapore e a gas).
Con questi elementi a disposizione si possono descrivere e comprendere le diverse modalità di realizzazione dei principali cicli termodinamici.
The course provides the students with a wide overview on the most important Fluid Machine topics. The subject is organized as follows:
.1) introduction (basics of thermodynamics and fluid-dynamics),
.2) components (turbines, compressors, pumps, reciprocating engines),
.3) power-plants (open and closed, steam and gas).
Thanks to this knowledge, a large variety of solutions can be described and understood, which make the main thermodynamic cycles run.
1) Conoscenza di base delle macchine e degli impianti dal punto di vista della loro costituzione e dei relativi principi di funzionamento.
.2) Dimestichezza con le principali grandezze fisiche, le unità di misura, i fattori di conversione, gli ordini di grandezza delle variabili in campo macchinistico.
.3) Capacità di applicare la teoria per affrontare alcuni problemi tipici, anche risolvendo quesiti specifici mediante calcoli appropriati.
.4) Acquisizione di un metodo ("procedimento-modello" o "procedura-standard") per sviluppare i ragionamenti macchinistici.
.5) Cultura minima necessaria per comprendere le informazioni condivise dagli operatori del settore (costruttori,fornitori,clienti,venditori,ecc.).
1) Basic knowledge of components and systems, as far as their design features and operating principle are concerned.
.2) Acquaintance with the main physical quantities, measurement units, conversion factors, order of magnitude of numerical values in the field of fluid-machines.
.3) Ability to apply theory for facing some typical problems, also by answering specific questions with the help of suitable calculations.
.4) Acquisition of a reference method ("model-procedure" or "standard-procedure") for developing reasoning about fluid-machines.
.5) Minimum culture necessary for understanding information sheared among the operators (manufacturers,providers,customers,sellers,etc.).
Alcune nozioni fondamentali acquisite da corsi precedenti, che trattano argomenti di: matematica, fisica, meccanica applicata, termodinamica, termocinetica, idraulica e meccanica dei fluidi.
Some preliminary knowledge coming from courses dealing with topics of: mathematics, physics, applied mechanics, thermodynamics, heat-transfer, hydraulics and fluid-mechanics.
Richiami di Termodinamica - Primo principio: lagrangiano, euleriano. Moto permanente, ciclico, vario. Secondo principio. Combustione e potere calorifico. Diagrammi termodinamici e rassegna dei cicli principali.
Nozioni di Fluidodinamica - Il moto dei fluidi nelle condotte. Condotti sagomati semplicemente convergenti e convergenti-divergenti.
Turbomacchine – Moto assoluto e moto relativo. Grado di reazione.
Turbine a vapore e a gas – Monostadio assiale a reazione, ad azione, ruota Curtis, altri tipi.
Turbocompressori di gas – Monostadio centrifugo a flusso misto, assiale pluristadio, radiale centrifugo, altri tipi. Caratteristiche manometriche e mappa dei rendimenti. Metodi di regolazione. Cenni sulla similitudine e sul numero di giri caratteristico.
Macchine idrauliche motrici e operatrici: installazioni tipiche: prevalenza del fluido e rendimento della condotte.
Turbine idrauliche: Pelton, Francis, elica e Kaplan, altri tipi.
Turbopompe: assiali, radiali, miste, monostadio e pluristadio. Prevalenza, portata, rendimento, potenza. Caratteristica di prevalenza della macchina e delle resistenze esterne. Punto di funzionamento stazionario. Sistemi in serie e in parallelo. Cavitazione.
Motori alternativi a combustione interna – Cicli ideali di riferimento: Otto, Diesel, Sabathè. Motori ad accensione comandata, a benzina e a gas, e motori ad accensione per compressione. Caratteristica meccanica e curva di regolazione.
Impianti a vapore – Diagramma di Mollier del vapore d’acqua. Dal ciclo di Carnot al ciclo Rankine. Compressione mediante pompe idrauliche. Generatore di vapore (caldaia) e condensatore. Surriscaldamento e ciclo Hirn. Surriscaldamenti ripetuti. Spillamenti rigenerativi (scambiatori a superficie e a miscelazione). Cogenerazione: recupero termico parziale e totale. Cenni di regolazione.
Impianti a gas – Ciclo Joule o di Brayton (aperto e chiuso). Impianto semplice, monoalbero. Portata in massa, lavoro, rendimento, potenza. Prestazioni in funzione del rapporto manometrico di compressione e della temperatura di combustione. Compressione inter-refrigerata, ri-combustione, rigenerazione. Cenni di regolazione. Esempi di: impianti multi-albero, a cicli combinati, ad accumulo ...
Basic Thermodynamics – First law: according to Lagrange and Euler. Operating conditions: steady, unsteady, periodic. Second law. Combustion and heating value. Thermodynamic diagrams and cycles review. Basic Fluid-dynamics – Flow within pipes. Converging and converging-diverging nozzles.
Turbomachines – Absolute vs relative motion. Degree of reaction.
Gas and steam turbines – reaction and impulse / axial / single-stage, Curtis wheel, others.
Turbo-compressors – hybrid-flow / centrifugal / single-stage, axial / multi-stage, radial, others. Manometric characteristics and efficiency map. Methods of performance control. Notes on similitude and characteristic rotation speed number
Hydraulic Machines –
Power generating units: Pelton, Francis, propeller-type and Kaplan, others.
Turbo-pumps: axial, radial, hybrid-flow, single- and multi-stage. Head, flowrate, efficiency, power. Head characteristic of the machine and the external resistances: steady-state working point. Series and parallel pumping units. Cavitation.
Steam power-plants – Mollier diagram of water vapor. From Carnot cycle to Rankine cycle. Compression stage by means of hydraulic pumps. Steam generator (boiler) and condenser. Over-heating and Hirn cycle. Repeated over-heating. Regeneration steam-bleeding practice (surface and mixing heat-exchangers). Co-generation: partial and total heat-recovery. Notes on off-design running.
Gas power-plants – Joule or Brayton cycle. Basic, single-shaft power-plant. Mass flowrate, work, efficiency, power. Performance as a function of manometric compression ratio and combustion temperature. Inter-cooled multi-stage compression, re-heating, regeneration. Hints of off-design running. Examples of: multiple-shaft, combined-cycle, accumulation power-plants ...
Ogni gruppo di lezioni inerente un determinato argomento viene subito seguito da una sessione di esercizi svolti in aula, corredata di temi assegnati per l’allenamento a casa. Gli esercizi consentono di applicare i principi teorici, usare le unità di misura necessarie, verificare gli ordini di grandezza dei valori numerici. Essi permettono anche di arricchire le informazioni e capire meglio gli aspetti teorici esposti a lezione.
Each group of lectures dealing with a specific topic is immediately followed by a session of exercises: some are solved together, some are supplied for homework. The exercises give chance to practice the theoretical principles, the measurement units, the order of magnitude of numerical values. They also provide further information about topics and help to understand better the theoretical features of lectures.
Sul Portale della Didattica sono disponibili le dispense di teoria ed esercizi, insieme a grafici, schemi e tabelle usati durante il corso.
Testi consigliati per approfondimenti:
G. Cornetti, F. Millo, Macchine Termiche, Ed. Il Capitello, 2007
G. Cornetti, Macchine Idrauliche, Ed. Il Capitello, 2006
A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979
G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Ed Esculapio, 1997
Notes on theoretical and practical topics are available on the on the polito web-site, along with schematics, tables, graphs employed during the course.
Reference textbooks for additional knowledge:
G. Cornetti, F. Millo, Macchine Termiche, Ed. Il Capitello, 2007
G. Cornetti, Macchine Idrauliche, Ed. Il Capitello, 2006
A.E. Catania: Complementi di macchine. Ed. Levrotto & Bella, 1979
G. Lozza, Turbine a gas e cicli combinati, Ed Esculapio, 1997
Modalità di esame: Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
L'esame consiste in una prova scritta. Bisogna rispondere a una serie di domande, che possono essere del tipo seguente:
.domanda a risposta multipla: si deve scegliere fra cinque alternative proposte, barrando una casella
.domanda di calcolo: si deve scrivere il numero corrispondente al valore assunto dalla variabile richiesta
Exam: Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The exam consists of a written test. The student is required to answer a series of questions, which may be like follows:
.multiple choice question: one answer out of five proposed solutions must be selected, by crossing a box.
.calculation question: the numerical value which corresponds to a required physical quantity must be written in a given space.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta su carta con videosorveglianza dei docenti;
The exam consists of a written test. The student is required to answer a series of questions, which may be like follows:
.multiple choice question: one answer out of five proposed solutions must be selected, by crossing a box.
.calculation question: the numerical value which corresponds to a required physical quantity must be written in a given space.
Exam: Written test; Paper-based written test with video surveillance of the teaching staff;
The exam consists of a written test. The student is required to answer a series of questions, which may be like follows:
.multiple choice question: one answer out of five proposed solutions must be selected, by crossing a box.
.calculation question: the numerical value which corresponds to a required physical quantity must be written in a given space.
