Simulazione monodimensionale stazionaria e non stazionaria di turbocompressori per la sovralimentazione di MCI

Il presente lavoro di tesi ha riguardato lo sviluppo di modelli numerici volti alla stima delle prestazioni del compressore e della turbina facenti parte del gruppo di sovralimentazione di MCI. Tale studio ha avuto come fine quello di superare e migliorare lࢠapproccio tradizionalmente impiegato nei codici monodimensionali basato sulle mappe stazionarie misurate sperimentalmente; infatti, la metodologia qui presentata, da un lato, consente di descrivere adeguatamente il comportamento instazionario delle turbomacchine quando accoppiate ad un MCI, dallࢠaltro, rende superfluo il ricorso a tecniche di interpolazione o estrapolazione di dati di carattere meramente matematico o allࢠimproprio utilizzo dei risultati della teoria della similitudine. Detta procedura si basa sullࢠipotesi che il moto allࢠinterno dei componenti facenti parte delle turbomacchine possa assumersi monodimensionale. Per quanto riguarda il solo compressore, al fine di poterne caratterizzare appieno il funzionamento anche in condizioni fortemente instazionarie quali, ad esempio, quelle che si verificano nel corso del pompaggio (surge), àƒ¨ sviluppata anche una procedura che risolve le equazioni del moto in tali condizioni. Il compressore àƒ¨ schematizzato come una serie di cinque condotti: il condotto di aspirazione, la girante, il diffusore, la voluta e il condotto di mandata. La girante stessa àƒ¨ considerata come un insieme di canali rotanti in parallelo. La turbina àƒ¨ descritta in maniera del tutto analoga al compressore salvo invertire lࢠordine dei componenti. In tal caso, inoltre, il diffusore e sostituito dal distributore palettato o da un semplice condotto convergente di altezza costante. La procedura numerica include un modulo che, sulla base di un numero contenuto di grandezze lineari ed angolari direttamente misurate sulle turbomacchine, provvede a effettuarne una schematizzazione geometrica; la stessa àƒ¨ poi utilizzata per ricavare gli andamenti della sezione di passaggio e del perimetro bagnato in funzione dellࢠascissa curvilinea per ciascun condotto in cui si suppone suddivisa la turbomacchina. Particolare cura àƒ¨ riposta nella ricostruzione della geometria della girante rappresentando questࢠultima il componente piàƒ¹ complesso da descrivere geometricamente sia per il compressore che per la turbina. Al fine di riprodurre adeguatamente il funzionamento reale delle turbomacchine sono introdotti nel modello alcune correlazioni di perdita volte a descrivere fenomeni molto complessi ed altrimenti non modellabili mediante lࢠapproccio seguito quali, ad esempio, lࢠurto della vena fluida sulla pala, lo slip, lࢠattrito interno al fluido e quello con le pareti, lo scambio termico, etc. Uno dei motivi fondamentali che ha portato allo sviluppo della versione stazionaria del modello risiede nellࢠesigenza di dotarsi di uno strumento analitico in grado di valutare le prestazioni di turbina e compressore con tempi di calcolo molto contenuti. Il basso onere computazionale richiesto permette anche di effettuare la taratura del modello mediante una procedura automatica avente lo scopo di identificare il valore da attribuire alle costanti di calibrazione minimizzando lo scostamento tra le prestazioni previste numericamente e quelle rilevate sperimentalmente. Nel caso del compressore, il codice stazionario àƒ¨ altresàƒ¬ impiegato come rapido e veloce banco di prova per definire la modellazione delle perdite da riportare successivamente nella piàƒ¹ raffinata, ma computazionalmente onerosa procedura instazionaria.