Corso di turbomacchine

Lezione 1 • Analisi Dimensionale e Similitudine

Presenta i parametri adimensionali che governano il ridimensionamento delle prestazioni delle turbomacchine. Consente la previsione delle prestazioni in diverse condizioni operative e per diverse dimensioni della macchina.

Lezione 2 • Classificazione delle Turbomacchine

Classifica le macchine in base alla direzione del trasferimento di energia, al tipo di fluido e alla geometria del percorso del flusso. Fornisce un quadro sistematico per confrontare compressori, turbine e pompe.

Lezione 3 • Introduzione alle Turbomacchine

Definisce le turbomacchine e il loro ruolo nella conversione dell'energia in vari settori industriali. Stabilisce il vocabolario e il quadro di classificazione utilizzati durante l'intero corso.

Lezione 4 • Fondamenti di Termodinamica

Applica il primo e il secondo principio della termodinamica ai sistemi aperti con componenti rotanti. Collega la variazione di entalpia e la generazione di entropia alle prestazioni della macchina.

Lezione 1 • Costruzione dei Triangoli di Velocità

Sviluppa i triangoli di velocità in ingresso e in uscita per schiere di pale assiali e radiali. Fornisce un metodo grafico e algebrico per determinare gli angoli del flusso e le grandezze delle velocità.

Lezione 2 • Analisi del Lavoro Ideale e Reale

Confronta il lavoro di Eulero ideale con il lavoro reale, introducendo i concetti di scorrimento e perdite. Quantifica il divario tra prestazioni teoriche e reali utilizzando le definizioni di rendimento.

Lezione 3 • Sistemi di Riferimento nelle Macchine Rotanti

Distingue i sistemi di riferimento assoluto e relativo per il moto del fluido nei condotti palari. Stabilisce il sistema di coordinate utilizzato in tutte le successive analisi dei triangoli di velocità.

Lezione 4 • Esercitazione sulla Progettazione dei Triangoli di Velocità

Applica i metodi dei triangoli di velocità ai problemi di progettazione di compressori, pompe e turbine. Rafforza l'uso dell'equazione di Eulero attraverso esercizi numerici strutturati.

Lezione 1 • Geometria dello Stadio di un Compressore Assiale

Descrive la geometria delle pale di rotore e statore, corda, curvatura e solidità per gli stadi assiali. Stabilisce i parametri geometrici che governano il carico aerodinamico e la deviazione del flusso.

Lezione 2 • Mappe di Prestazione del Compressore

Interpreta le mappe del compressore che mostrano rapporto di compressione, portata massica e curve di rendimento. Identifica le linee operative, i punti di progetto e il comportamento fuori progetto.

Lezione 3 • Fenomeni di Stallo e Pompaggio

Spiega lo stallo rotante e il pompaggio come instabilità aerodinamiche che limitano il funzionamento del compressore. Tratta i metodi di rilevamento e le strategie di progettazione per estendere il campo di funzionamento stabile.

Lezione 4 • Analisi del Compressore Assiale Multistadio

Estende l'analisi del singolo stadio a macchine multistadio con requisiti di accoppiamento interstadio. Affronta l'impilamento degli stadi, la distribuzione del lavoro e la previsione del rapporto di compressione totale.

Lezione 1 • Geometria e Componenti delle Macchine Centrifughe

Identifica la geometria di girante, diffusore, voluta e pale direttrici di ingresso per macchine radiali. Stabilisce come ciascun componente contribuisce all'aumento di pressione e alla guida del flusso.

Lezione 2 • Aerodinamica della Girante e Lavoro in Ingresso

Applica l'equazione di Eulero e il fattore di scorrimento per prevedere il lavoro in ingresso e l'aumento di pressione nelle giranti. Quantifica l'effetto dell'angolo di uscita della pala sulla prevalenza e sul rendimento.

Lezione 3 • Caratteristiche delle Pompe Centrifughe

Sviluppa le curve prevalenza-portata e potenza-portata per pompe centrifughe e interpreta le curve di impianto. Tratta la selezione delle pompe, il funzionamento in parallelo e in serie e la prevenzione della cavitazione.

Lezione 4 • Prestazioni del Diffusore e della Voluta

Analizza il recupero di pressione in diffusori non palettati e palettati e nella voluta. Collega la geometria del diffusore al rendimento totale dello stadio e al margine di pompaggio.

Lezione 1 • Perdite di Profilo e per Attrito

Quantifica la crescita dello strato limite, il mescolamento di scia e le perdite per attrito sulle superfici delle pale. Applica correlazioni di perdita consolidate per stimare i coefficienti di perdita di profilo.

Lezione 2 • Aerodinamica delle Schiere

Analizza il flusso attraverso schiere di pale lineari e anulari per determinare la deviazione, la portanza e la resistenza. Collega i dati delle prove su schiera alla previsione delle prestazioni di stadio.

Lezione 3 • Geometria e Nomenclatura dei Profili Alari

Definisce corda, linea media, distribuzione di spessore e geometria del bordo di attacco e di uscita per i profili alari delle turbomacchine. Stabilisce il vocabolario geometrico necessario per la progettazione e l'analisi delle pale.

Lezione 4 • Flussi Secondari e Perdite di Parete

Identifica il vortice di passaggio, il vortice a ferro di cavallo e la separazione d'angolo come fonti di perdite secondarie. Quantifica il contributo delle perdite di parete al rendimento totale dello stadio.

Lezione 1 • Termodinamica delle Turbine a Vapore e a Gas

Applica i quadri dei cicli Rankine e Brayton alle turbine a vapore e a gas multistadio. Valuta gli effetti del risurriscaldamento, dell'ammissione parziale e del raffreddamento sul rendimento totale.

Lezione 2 • Analisi della Turbina a Flusso Radiale Centripeto

Analizza la chiocciola, l'ugello, il rotore e il diffusore delle turbine a flusso radiale centripeto per applicazioni di turbocompressione e potenza. Calcola il lavoro specifico e il rendimento a partire dai triangoli di velocità.

Lezione 3 • Tipi e Configurazioni degli Stadi di Turbina

Distingue gli stadi di turbina ad azione e a reazione in base alla distribuzione della caduta di pressione tra rotore e statore. Presenta le configurazioni di turbina assiale, a flusso radiale centripeto e a flusso misto.

Lezione 4 • Turbine Idrauliche: Pelton, Francis, Kaplan

Tratta i principi di funzionamento, i triangoli di velocità e le curve di prestazione dei tre principali tipi di turbina idraulica. Associa la selezione della turbina alle condizioni di salto e portata del sito.

Lezione 1 • Rilevamento di Pompaggio e Stallo nelle Prove

Identifica le tracce caratteristiche di pompaggio e stallo rotante nei segnali di pressione e portata durante le prove. Descrive le procedure di strozzamento e i protocolli di sicurezza per la mappatura del limite di stabilità.

Lezione 2 • Progettazione del Banco Prova e Condizioni di Similitudine

Applica la similitudine dimensionale per progettare banchi prova in scala che riproducano il comportamento della macchina a grandezza naturale. Garantisce il rispetto dell'uguaglianza del numero di Reynolds, del numero di Mach e della velocità specifica.

Lezione 3 • Strumentazione per il Collaudo delle Turbomacchine

Tratta le sonde di pressione, i sensori di temperatura, i misuratori di portata e i trasduttori di coppia utilizzati nei banchi per turbomacchine. Affronta la calibrazione, il posizionamento e l'incertezza di misura delle sonde.

Lezione 4 • Validazione rispetto alle Previsioni Computazionali

Confronta i dati sperimentali di prestazione con le previsioni della fluidodinamica computazionale per identificare gli errori del modello. Guida il miglioramento iterativo della progettazione utilizzando le discrepanze tra prova e previsione.

Lezione 1 • Ottimizzazione Progettuale Multidisciplinare

Applica algoritmi di ottimizzazione per migliorare simultaneamente gli obiettivi di prestazione aerodinamica, strutturale e termica. Presenta modelli surrogati e l'analisi del fronte di Pareto per le decisioni sui compromessi progettuali.

Lezione 2 • Raffreddamento delle Turbine e Gestione Termica

Tratta la convezione interna, il raffreddamento per film e i rivestimenti a barriera termica utilizzati per proteggere le pale delle turbine ad alte temperature. Valuta l'efficacia del raffreddamento e la sua penalizzazione sul rendimento aerodinamico.

Lezione 3 • Considerazioni per la Progettazione Strutturale e Meccanica

Affronta la tensione centrifuga, la tensione termica e i vincoli di vibrazione che limitano la libertà di progettazione aerodinamica. Presenta i diagrammi di Campbell e i diagrammi di Goodman per la valutazione della fatica.

Lezione 4 • Flusso Transonico e Supersonico nella Palettatura

Analizza la formazione di onde d'urto, l'interazione onda d'urto-strato limite e la resistenza d'onda nei condotti palari transonici. Applica strategie di progettazione per minimizzare le perdite per urto negli stadi ad alta velocità.