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Fluidodinamica computazionale dei sistemi propulsivi/Fluidodinamica delle turbomacchine
03PESMT
A.A. 2024/25
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 35 |
| Esercitazioni in aula | 25 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
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Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari |
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2024/25
Il corso fornisce strumenti teorici e computazionali di base per l'analisi e il progetto di turbomacchine. Oggetto principale è lo studio del flusso attraverso schiere palettate, affrontato con diversi strumenti, che vanno dai bilanci di massa, energia e quantità di moto attraverso superfici di controllo, allo studio analitico, alle correlazioni di dati empirici, alle tecniche numeriche.
La trattazione è specificatamente rivolta al complesso delle turbomacchine, con un focus sia sui compressori che sulle turbine. Particolare attenzione viene posta allo studio del compressore assiale, sia in campo subsonico che supersonico, in quanto macchina esemplare per le problematiche fluidodinamiche, aeroelastiche e di instabilità di funzionamento che lo caratterizzano e che vengono esaltate dal progetto aggressivo dei moderni propulsori aerospaziali. Le tecniche analitiche e numeriche trattate vengono altresi declinate in applicazioni a flussi interni diversi, quali ad es le prese ipersoniche e gli ugelli avanzati.
Object of the course is the description of the main aspects related to the design and the analysis of aerospace propulsion components . It is primarily intended to the study of internal flows, to the description of the main analytical, empirical and computational tools needed for the aerodynamic analysis/design of such components.
The attention is focused, on the one hand, to turbomachinery fluid dynamics, with particular attention to the axial compressor and to techniques of analytical and numerical simulation of internal flows on inlets, nozzles and turbomachinery blade profiles.
Capacità di analisi e progetto di massima di schiere palettate per turbomacchine.
Capacità di interpretazione critica delle simulazioni numeriche di moto interno a sistemi propulsivi.
Capacity for analysis and preliminary design of turbomachinery blade rows.
Capacity for critical interpretation of numerical simulations of internal motion in propulsion systems.
Termodinamica, meccanica e fluidodinamica di base. Fondamenti della propulsione. Fondamenti di calcolo numerico e programmazione.
Thermodynamics, fluid mechanics. Elements of propulsion. Elements of numerical computation and programming.
Triangoli di velocità. Teoria impulsiva: forze agenti su una schiera di profili. Soluzione analitica per flusso potenziale. Caratteristiche sperimentali di schiere. Il fenomeno dello stallo. La correlazione di Howell: problemi di analisi e di progetto. Dati sperimentali NACA. Effetti legati alla comprimibilità: Mach critico, Mach massimo, choking, loro dipendenza dall'incidenza. Stadio di compressore assiale: fattore di carico, coefficiente di portata, grado di reazione. Evoluzione termodinamica di un gas attraverso uno stadio di compressore assiale. Effetto del grado di reazione sullo stallo in bassa e alta velocità. Studio quasi-3D -Equilibrio radiale: problema di progetto e di analisi. Criteri di svergolamento. Flussi secondari. Stallo rotante, pompaggio. Stadio di turbina assiale. Fattore di carico, coefficiente di portata, grado di reazione. Evoluzione termodinamica di un gas attraverso uno stadio di cturbina assiale. Effetto del grado di reazione.
Compressori supersonici. Schiere investite da correnti supersoniche. Urti ed espansioni su bordi d'attacco e di uscita. - Correnti supersoniche assialmente subsoniche: l'incidenza unica.
MODULO COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS OF PROPULSION SYSTEMS Francesco Larocca
- Elements of compressible inviscid/viscous flow.
- Conservative and quasi-linear formulations of the governing equations.
- Numerical approximation of steady supersonic flow fields.
- Numerical approximation with t ime-dependent technique for
steady subsonic and transonic flow fields.
- Analytical and numerical grid generation.
- Internal flows in air intakes, nozzles and blade rows.
MODULO TURBOMACHINERY FLUID DYNAMICS Francesco Larocca
Velocity triangles. Impulsive theory: forces acting on cascade profiles. Analytical solution for potential flow. Experimental features of cascade. The phenomenon of a stall. The Howell correlation: problems of analysis and design. NACA experimental data. Effects due to compressibility: critical Mach, maximum Mach, choking, their dependence on incidence. Compressor stage axial load factor, flow coefficient, degree of reaction. Thermodynamic evolution of a gas through a stage of an axial compressor. Effect of degree of reaction on the stall in low and high speed. Quasi-3D approximation. Radial equilibrium: design and analysis problems. Secondary flows. Rotating stall, surge. Supersonic flow: shocks and expansions at leading and trailing edges, unique incidence..
Nomenclatura dei profili in schiera. Esercizi numerici sulla teoria impulsiva.
Studio delle prestazioni di schiere di profili in basse veolocità. Valutazione analitica del flusso potenziale su una schiera di lamine piane. Valutazione degli effetti viscosi secondo la correlazione sperimentale di Howell. Dimensionamento di massima di un compressore assiale pluristadio. Progetto quasi 3D di uno stadio.
Metodi d analisi e progetto di componenti di sistema propulsivo in campo supersonico. Calcolo di un getto 2D supersonico. Progetto di ugelli avanzati autoadattanti. Valutazione degli effetti della compressibilità su schiere di compressore supersonico e calcolo delle condizioni di incidenza unica secondo il metodo di Levine.
MODULO DI FLUIDODINAMICA SISTEMI PROPULSIVI Francesco Larocca
Development of a computational program for the numerical simulation of the flow in nozzles and / or two-dimensional cascade.
MODULO DI FLUIDODINAMICA DELLE TURBOMACCHINE Francesco Larocca
Nomenclature of cascade. Analytical evaluation of potential flow in cascade of flat plates. Assessment of viscous effects according to the experimental correlation of Howell. Design of a multistage axial compressor. Quasi-3D design of a single compressor stage. 2D supersonic jet. Unique incidence according to the method of Levine.
- Appunti e materiale didattico verranno forniti dai docenti durante il corso.
- J. H. Horlock, Axial FlowCompressors, Butterworths Sc. Pubbl. London
- J. H. Horlock, Axial Flow Turbines, Butterworths Sc. Pubbl. London
- M.H.Vavra, Aero- thermodynamics and flow in turbomachines - Wiley, New York.
- C. Hirsch: Numerical Copmutation of internal and external flows, John Wiley & Sons
- M.J. Zucrow,J.D. Hoffman: Gas Dynamics, John Wiley & Sons
- Notes and teaching materials will be provided during the lectures.
- J. H. Horlock, Axial FlowCompressors, Butterworths Sc. Pubbl. London
- J. H. Horlock, Axial Flow Turbines, Butterworths Sc. Pubbl. London
- M.H.Vavra, Aero- thermodynamics and flow in turbomachines - Wiley, New York.
- C. Hirsch: Numerical Copmutation of internal and external flows, John Wiley & Sons
- M.J. Zucrow,J.D. Hoffman: Gas Dynamics, John Wiley & Sons
Slides; Dispense;
Lecture slides; Lecture notes;
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
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L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale dell'insegnamento e la capacità di applicare la teoria e i relativi metodi di calcolo alla soluzione di esercizi.
L'esame è orale, consiste in alcune domande poste ad ogni candidato, sviluppate attraverso la discussione di argomenti affrontati durante le lezioni e/o le esercitazioni e ha una durata di circa mezz'ora.
Le esercitazioni svolte dal singolo studente sono parte integrante della valutazione e vanno depositate nella sezione ELABORATI del portale della didattica entro il giorno dell'appello.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
The exams are oral for each module. The candidates will be asked to discuss the topics covered during class and tutorials.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.