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RelatoriChiar.mo Prof. Pietro DE PALMAChiar.mo Prof. Giuseppe PASCAZIOChiar.mo Dott. Ing. Angelo GRIMALDIChiar.mo Dott. Ing. Dante Tommaso RUBINO
LaureandoIlario DE VINCENZO
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
ANALISI E OTTIMIZZAZIONE
DI UN CANALE DI RITORNO
PER COMPRESSORE CENTRIFUGO
POLITECNICO DI BARICORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA MAGISTRALE
DIPARTIMENTO DI MECCANICA, MATEMATICA E MANAGEMENTTESI DI LAUREA
INMACCHINE A FLUIDO II
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Campo aeronautico Impiantistica industriale Sovralimentazione
automobilistica
Obiettivi della tesi
Riduzione perdite fluidodinamiche;Massimizzazione della diffusione;Minimizzazione dei flussi secondari.
Rapporti di compressione elevati
Compressori centrifughi pluristadio
“ANALISI E OTTIMIZZAZIONE DI UNA SCHIERA DI RITORNO
DI UN COMPRESSORE CENTRIFUGO PLURISTADIO”
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Descrizione del modello geometrico
Vista tridimensionale dell’intera schiera di ritorno Vista tridimensionale della schiera con omissione della parte superiore (shroud)
Superfici periodiche (in rosso) delimitanti il singolo canale di ritorno e relativa nomenclatura; omissione dello shroud per
chiarezza di rappresentazione.
Dominio di calcolo del singolo canale, ritratto all’interno della propria schiera; rappresentazione di tutte le superfici necessarie
alla sua definizione.
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Generazione della griglia di calcolo
Mesh strutturata multiblocco realizzata; a) nomenclatura delle superfici; b) nomenclatura edge di riferimento; c) nomenclatura blocchi di suddivisione; d) mesh vano palare; e) mesh leading edge; f) mesh zona inferiore del canale.
a) b) c)
d) e) f)
Dati geometrici e termofluidodinamici necessari alla costruzione delle 43 geometrie ;all’imposizione delle condizioni al contorno per i calcoli.
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Pianificazione lavoro di ottimizzazione
PARAMETRI GEOMETRICI INVARIANTI:R2: raggio palare interno, trailing edgeb2: spessore del canale al trailing edgeα2: angolo costruttivo in uscita
PARAMETRI TERMOFLUIDODINAMICI INVARIANTI:p0: pressione totale in ingressoT0: temperatura totale in ingressoρ: densità del flussom: portata in ingresso all’intera schiera
PARAMETRI GEOMETRICI DI DIFFERENZIAZIONE:R1/R2: rapporto tra il raggio palare esterno
(leading edge) e quello interno (trailing edge)A2’/A1’: rapporto tra le aree di uscita ed ingresso dal
vano palare;α1: angolo costruttivo in ingresso
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Mappa concettuale del lavoro
“Dati geometrici e boundary conditions.xlsx”
“Generazione punti profili palari.xlsx”
“Nodi per case.xlsx”
“Punti.txt”
“Case17.rpl”
“Case17.msh”
“Case17.prj”
“Postprocessing17.jou”
“Postprocessing17.txt”
“Postprocessing.xlsx” “Carico palare.xlsx”
“Case17.jou”
“loading17.txt” “loadingcase17.txt”
“loading17.jou”
“Case17risultati.dat”“Case17risultati.cas”
Procedura effettuata per i 43 casi geometrici previsti dal piano di ottimizzazione(caso 17 riportato come esempio)
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Alcune geometrie pianificate
R1/R2
A2’/A1’
α1
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Analisi dei risultati
1° Famiglia 2° Famiglia 3° Famiglia 4° Famiglia
A2’/A1’ A2’/A1’ A2’/A1’
α1
R1/R2
Carico palare massimo registrato per il chord-wise 50%;Variazione lineare del carico palare in delimitati range di α1 all’interno delle sottofamiglie;Punti “anomali” di scostamento dall’andamento lineare, registrati esclusivamente per valori di α1 elevati.
Effetto delle pale sul flusso
Flussi secondari nel piano blade to blade
Loading Numero pale
Loading Perdite fluidodinamicheCARICO PALARE (CHORD-WISE)
A2’/A1’
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Analisi dei risultati
A2’/A1’ A2’/A1’ A2’/A1’ A2’/A1’
1° Famiglia 2° Famiglia 3° FamigliaR1/R2
4° Famiglia
A2’/A1’ A2’/A1’ A2’/A1’ A2’/A1’
1° Famiglia 2° Famiglia 3° FamigliaR1/R2
4° Famiglia
COEFFICIENTE DI PERDITA
DISTORSIONECOEFFICIENTE DI PRESSIONE
NUMERO DI DE HALLER
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Analisi dei risultati
DIFFUSIONE
PERDITE FLUIDODINAMICHE
DISTORSIONE
DEVIATION ANGLE
OBIETTIVI Come?
R1/R2
A2’/A1’
α1
ANALISI POST-PROCESSING
L'andamento tendenzialmente lineare delle grandezze di interesse al variare dei parametri geometrici permette, in range abbastanza ampi, di scrivere delle
semplici relazioni predittive delle prestazioni quantitative di una schiera, senza il bisogno di realizzarla o simulare il flusso al suo interno mediante analisi CFD.
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Analisi dei risultati
Case 21, geometria ottimale
E’ necessario cercare uncompromesso soddisfacente,pesando opportunamente glieffetti desiderati.
Non è possibile minimizzarela perdita, massimizzare ladiffusione e ridurrecontemporaneamente ancheil carico palare.
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Dal progetto al prodotto
PROTOTIPAZIONE RAPIDA tramite STAMPA 3DSoftware di modellazione solida: CATIA V5
Materiale: ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) Scala: 1:2
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Conclusioni e sviluppi futuri
PIANIFICAZIONE LAVORO DI OTTIMIZZAZIONE
(leggi di variazione dei parametri geometrici caratteristici)
GENERAZIONE DELLE GRIGLIE DI CALCOLO
(processo automatizzato e parametrizzato, adattabile a qualsiasi tipo di geometria,
anche esterna a quelle previste dalla pianificazione)
POST-PROCESSING DEI RISULTATI
(processo automatizzato)
INDIVIDUAZIONE GEOMETRIA OTTIMALE
CORRELAZIONI TRA I PARAMETRI
GEOMETRICI E TERMOFLUIDODINAMICI
DI INTERESSE
E’ POSSIBILE, IN DELIMITATI RANGE DI
VARIAZIONE DEI PARAMETRI GEOMETRICI, SCRIVERE DELLE SEMPLICI LEGGI PREDITTIVE
DELLE PRESTAZIONI DI UNA SCHIERA
INDIVIDUAZIONE DELLE RELAZIONI UNIDIMENSIONALI
E DEI RELATIVI INTERVALLI DI VALIDITÀ
PER LA PREDIZIONE DEI PARAMETRI DI INTERESSE
LAVORO DI OTTIMIZZAZIONE ANALOGO
PER LE ALTRE PARTI DELLA MACCHINA
COMPLETA OTTIMIZZAZIONE DELLA MACCHINA, DOWNSIZING, INCREMENTO PRESTAZIONI COMPLESSIVE
STRUMENTO DI INDAGINE
automaticosequenzialeflessibile
Ilario De Vincenzo Bari, 14 Novembre 2013
Grazie per l’attenzione“Dal Politecnico al Politecnico. Non è uno slogan o un rompicapo, bensì, più semplicemente, la sintesi di una storia personale di successo e di generosità.”
Ing. Giuseppe SassanelliBari, 8 ottobre 2012
PREMIO “EDISON PIONER”
