Studio aerodinamico di una schiera di turbina in regime supersonico = Aerodynamic study of a supersonic turbine cascade

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo lo studio aerodinamico di una schiera rotorica di una turbina supersonica, con l'utilizzo del software commerciale di simulazione CFD (Computational Fluid Dynamics) Ansys Fluent. Questo tipo di turbomacchina è caratterizzato da un'elevata potenza specifica ed è capace di elaborare elevati salti di pressione con un minor numero di stadi, permettendo una riduzione delle dimensioni, del peso complessivo e dei costi di produzione e operativi. Un flusso supersonico è caratterizzato dalla presenza di urti, ventagli d’espansione e linee di Mach, e dalla loro interazione. Vista la complessità del campo di moto, è necessario effettuare un'attenta analisi durante la progettazione e la simulazione delle condizioni operative, per evitare un forte decadimento delle prestazioni. In questa trattazione verranno in primo luogo discussi i metodi di costruzione delle palette e i fenomeni presenti in campi di moto supersonici fortemente turbolenti. Si passa poi allo studio del modello fisico, in particolare alla descrizione delle equazioni RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations) per un fluido compressibile 2D, quindi con media di Favre e modello di turbolenza Spalart-Allmaras per la chiusura. Si genera dunque la geometria del profilo e la mesh, adottando delle soluzioni che evitino una forte distorsione della griglia di calcolo. Dopo aver definito le condizioni al contorno e aver inizializzato la soluzione, sono state effettuate due tipi di analisi: la prima in condizioni di progetto; la seconda in condizioni fuori progetto.