ENERGETICA APPLICATA E PROGETTO DI MACCHINE TERMICHE

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1 ENERGETICA APPLICATA E PROGETTO DI MACCHINE TERMICHE Corso di laurea specialistica in Ingegneria Energetica - a.a. 2008/ 09 Progettazione di un ventilatore centrifugo Dal Porto Fabio, Moroni Sara, Salza Pasquale

2 Dati di progetto Portata volumetrica Q: 3,5 Prevalenza H: 8 Velocità di rotazione n: 5000 (524 Dimensionamento Dai dati di progetto, la scelta è stata quella di una macchina centrifuga. Adottando un coefficiente di lavoro ψ pari a 1,4, si ricava la velocità periferica : 2 10,6 Da qui è immediato calcolare il diametro esterno del ventilatore: 2 Il parametro di portata risulta essere pari a: 0,04 0,056 Utilizzando la formula di Kovats si ricava il diametro interno: 34,16 6,97 1,06 0,03 Scegliendo un numero di palette N=20 di spessore s=0,002 m, e ponendo pari a, con K =0,2, si ottiene 2,12, per cui è possibile calcolare lo spessore della girante allo sbocco : 0, ,005 In maniera del tutto analoga viene calcolato lo spessore all imbocco, ponendo K =1,3: 2,75 1

3 0, ,005 Si è adottata quindi una girante con spessore costante. Assumendo un entrata del flusso radiale, 0, per cui, dall equazione di Eulero, ipotizzando un rendimento interno η=0,7: 10,6 Essendo, le palettature sono di tipo radiale ( 90 ), mentre: tan 11,3 Al raggio interno, dove 8,2, vale che 90, mentre: tan 18,5 Per i profili delle pale, si è seguito il noto metodo della tracciatura per arco di cerchio. Si è infine optato per l utilizzo di una voluta a sezione rettangolare a spessore costante e pari a quello della girante, e con una costante: 0,0045 Si riportano nel seguito i risultati delle simulazioni CFD in due e tre dimensioni, ottenute utilizzando i software Gambit e Fluent. 2

4 Simulazione 2D Si è suddiviso il dominio di integrazione in tre regioni: imbocco, girante, voluta. Per eseguire la meshatura, si è ritenuto opportuno utilizzare delle size functions, in modo da infittire la griglia nei pressi della palettatura. Si è scelto di utilizzare un metodo di calcolo di tipo stazionario e segregated, non utilizzando l equazione dell energia, data la bassa prevalenza da fornire. Il modello di viscosità utilizzato è stato il k-epsilon standard, con delle wall functions anch esse di tipo standard. Il fluido è stato modellato come incomprimibile. Per quanto riguarda le condizioni al contorno, si è scelto di impostare l ingresso come massflow-inlet, imponendo quindi il valore del flusso di massa e della pressione di gauge, mentre l uscita dalla voluta è stata modellata come out flow. Al fluido contenuto nel volume della girante è stato imposto un motion type del tipo moving reference frame, con velocità di rotazione pari a quella di progetto, mentre alle superfici della girante stessa si è imposta una velocità di rotazione nulla rispetto al fluido intorno. Per risolvere e 5 equazioni relative a continuità, campi di velocità, energia cinetica turbolenza a sua dissipazione, l accoppiamento tra pressione e velocità è stato del tipo SIMPLE, mentre le varie discretizzazioni sono state del tipo second order upwind. La soluzione è stata inizializzata a partire dalle condizioni di ingresso. Dopo circa 250 iterazioni, i residui hanno cominciato a non variare in maniera apprezzabile. Dall analisi delle immagini, si nota come la modellazione del flusso comporti una ridotta turbolenza, e come il trasferimento di lavoro nella girante avvenga in maniera sufficientemente omogenea nei diversi vani rotorici. 3

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10 Simulazione 3D Per la simulazione in tre dimensioni, valgono pressoché le stesse considerazioni precedenti. Anche in questo caso, per la meshatura è risultato indispensabile l utilizzo di size function adeguate, per cercare di ridurre i tempi di discretizzazione e di calcolo senza perdere in dettaglio. Nuovamente, l andamento dei residui risulta pressoché costante dopo circa 250 iterazioni. 9

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