Progetto aerodinamico e ottimizzazione 3D di un effusore transonico. = Aerodynamic design and 3D optimization of a transonic nozzle.

Progetto aerodinamico e ottimizzazione 3D di un effusore transonico. Dato uno specifico motore, è necessario testarne il funzionamento ad una determinata quota, fissata a 4000 metri. Per effettuare questo test è necessario ricreare le condizione termodinamiche (temperatura, pressione, densità) tipiche di tale quota. Il metodo utilizzato è la progettazione di un condotto convergente - divergente con fan posizionato in corrispondenza dell'outlet, in modo tale che, accelerando il flusso, nella sezione di gola vengano riprodotte le condizioni prima menzionate. In tale sezione una parte infinitesimale del flusso verrà aspirata ed utilizzata per il test del motore. Inizialmente sono state ricavate le grandezze termodinamiche alla quota di 4000 metri. Successivamente, si è ricavato il valore di Mach necessario nella gola del condotto per garantire le suddette condizioni. Si è quindi ricavata una geometria preliminare ed il corrispondente salto di pressione tra inlet e outlet per garantire tale valore. Si è quindi passati alla simulazione del condotto ricavato in precedenza tramite il software di calcolo OpenFOAM. E' stato inizialmente testato un condotto 2D con fluido inviscido, ed i risultati sono stati riportati nell'elaborato. Successivamente, si è ottimizzato il profilo, prendendo in considerazione anche i valori di potenza necessaria per il funzionamento del fan, imponendo che questi non superassero un certo limite. Inoltre, data la portata in massa necessaria per il funzionamento del motore, si è verificato che la portata d'aria nella sezione di gola fosse superiore, con un certo coefficiente di sicurezza. Si è quindi testato, sempre con il software di calcolo OpenFOAM, un secondo condotto, questa volta assialsimmetrico, ottimizzato, ed i risultati sono stati inseriti nell'elaborato. Anche questa simulazione ha preso in considerazione un fluido inviscido. Al fine di determinare il funzionamento del fan, si è testato un caso similare al precedente, ma utilizzando la curva di funzionamento del fan come dato iniziale. I risultati sono quindi stati inseriti nell'elaborato. Successivamente si è presa in considerazione la viscosità del fluido, e si è inserito un modello di turbolenza. Per la verifica di tale modello, è stata effettuata una simulazione su di una lamina piana, ed i risultati ottenuti sono stati comparati con i risultati di un caso identico forniti sul sito della NASA. Infine, si è quindi svolta la simulazione del condotto convergente - divergente con un fluido viscoso, così da verificare se vi fosse o meno il distacco dello strato limite.