Progetto di Macchine 2015/16. Prof. C.Poloni

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1 Progetto di Macchine 2015/16 Prof. C.Poloni

2 ORARI del corso MARTEDI 11:15-12:45 Aula C GIOVEDÌ 10:15-11:45 (estensione a 12:45 per esercitazioni) Aula B VENERDÌ 9:15-10:45 Aula C Ricevimento: Giovedì Venerdi e su appuntamento Ufficio: C5 - piano rialzato, lato CS-ICT

3 Programma del corso A) TURBOMACCHINE A1. Richiami e complementi di Macchine A2. Progetto di turbomacchine a flusso assiale A2.1 Analisi del flusso nelle turbomacchine assiali A2.2 Macchine operatrici assiali A2.3 Turbine a flusso assiale A3. Progetto di turbomacchine a flusso radiale A3.1 Turbomacchine operatrici centrifughe A3.2 Turbomacchine motrici centripete B) MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA B1. Aspetti progettuali di carattere generale B2. Il ciclo termodinamico B3. Il ricambio della carica B4. La regolazione ed il controllo delle emissioni inquinanti

4 Programma del corso Esercitazioni di dimensionamento di massima di macchine Esercitazione di progettazione / ottimizzazione multidisciplinare di un componente / sistema Modalità di esame: esame orale (2 argomenti di teoria, discussione del progetto / esercitazioni) Seminari applicativi (UM16)

5 testi di riferimento Lezioni di PROGETTO DI MACCHINE A.A. 2010/2011 (appunti del corso) C. Osnaghi Teoria delle turbomacchine, ed. Progetto Leonardo Esculapio Bologna S.L. Dion Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery, Pergamon Press Whitfield, N.C. Baines Design of radial Turbomachines, Longman Ed G. Ferrari Motori a combustione interna, Il Capitello Torino R. Della Volpe, M. Migliaccio Motori a combustione interna per autotrazione, Liguori Napoli B. Lakshminarayana Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery, John Wiley & Sons J.B. Heywood Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, 1988.

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8 SIMILITUDINE DELLE TURBOMACCHINE Note le prestazioni di una macchina che ha determinate dimensioni ci consente di ricavare le prestazioni di una macchina geometricamente simile Nota una certa condizione di funzionamento di una certa turbomacchina individuare le condizioni di funzionamento simili a quella precedente Curve di prestazioni rilevate in determinate condizioni ambientali possono essere espresse in funzione di paramentri che sono invarianti al variare delle condizioni ambientali stesse. Stabilire in una fase preliminare di progetto che tipo di macchina dobbiamo usare, la sua geometria di base e quali saranno le sue dimensioni principali.

9 Teorema di Buckingham ll teorema di Buckingham (conosciuto anche come teorema pi greco), dovuto al fisico statunitense Edgar Buckingham, afferma che dato un problema descritto da un certo numero di equazioni in cui siano presenti n variabili fisiche, se le dimensioni fondamentali di queste variabili sono allora il problema può essere completamente descritto da n- variabili adimensionali

10 ( ɺ ) f D, l, m,, L,, a, 0 i j i ω µ ρ = grandezze fondamentali: M L T n. di Reynolds n. di Mach Re = Ma = ρ ωd 01 ω µ a D 01 2

11 ( ɺ ) f D, l, m,, L,, a, 0 i j i ω µ ρ = cifra di flusso ϕ mɺ Q = = ρ ω D ω D cifra di pressione ψ = ω L i 2 D 2

12 ( ɺ ) f D, l, m,, L,, a, 0 i j i ω µ ρ = f ( Ma) π π ϕ ψ = i,,,,re, 0 j

13 f ( Ma) π π ϕ ψ = i,,,,re, 0 j Geometria simile f ϕψ,,re, Ma = 0 ( ) nde ed una piccola,

14 lento. Ricordiamo l andamento del diagramma di Moody Diagramma di Moody

15 f ϕψ,,re, Ma = 0 ( ) nde ed una piccola, n. Reynolds elevato f ϕψ,, Ma = 0 ( )

16 f ϕψ,, Ma = 0 ( ) Fluido incompressibile f ( ϕψ, ) = 0

17 Affinché delle macchine idrauliche operino in condizioni di similitudine tra loro è sufficiente che abbiano lo stesso valore di ψ e ϕ = Li ψ = ω 2 D 2 Q c ϕ m ωd 3 u c u u lavoro Euleriano Quindi due macchine che operano in condizioni di similitudine hanno lo stesso valore di ψ e ϕ e quindi avranno lo stesso valore dei rapporti c m Allora si manterranno i valori degli angoli dei triangoli di velocità. u e c u u.

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19 Q = = D Q 3 D 3 ϕ ω ω unti che gh hanno gh ψ = = ω D ω D H = H Q 2 Q 2 rabola che si tro

20 Q = = D Q 3 D 3 ϕ ω ω gh = = gh 2 D 2 2 D 2 ψ ω ω unti che hanno 3 Q ω D = Q ω D y y y L L 2 2 ω D = ω D i iy y y Q Q y = ω ω y L L i iy ω = ω y 2 l quadrato de

21 Λ = P e ρω 3 D 5 Cifra di potenza k P = ω D L i Cifra di velocità periferica ϕψ η Λ = e (macchina motrice) Λ = ϕψ η e (macchina operatrice)

22 Li = ψ = ω 2 2 D Q c ϕ m ωd 3 u c u u lavoro Euleriano moltiplicando le due cifre di pressione e portata elevate all esponente opportuno per eliminare la dimensione geometrica si ottiene: k ω S ɺ = = = i ρ01 m L L ϕ ψ ω ω Q 34 i ompare il diametro. Questa cifra nella Numero caratteristico di macchina o Velocità Specifica

23 k ϕ 12 ψ 34 ω mɺ 34 Q L = = ω i = 34 ωs ρ01 Li ompare il diametro. Questa cifra nella Numero caratteristico di macchina o Velocità Specifica

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