Sviluppo di metodologie per l’analisi di chilldown di pompe centrifughe criogeniche = Development of methodologies for the analysis of the chilldown of cryogenic centrifugal turbopumps

Il presente lavoro di tesi è stato svolto in collaborazione con Avio S.p.A, azienda produttrice del lanciatore Vega e di componenti cruciali per il funzionamento del lanciatore Ariane 5, con l’obiettivo di sviluppare un strumento di simulazione per lo studio dei processi di chilldown che hanno luogo ogni qualvolta un fluido criogenico viene a contatto la parete solida di un condotto. In tali processi si ha la presenza di flussi bifase, che devono essere adeguatamente modellati. Il codice di calcolo sviluppato ha come obiettivo primario la stima dei tempi necessari affinchè ogni punto di un condotto o di una rete di condotti raggiunga la temperatura di saturazione del fluido, arrivando quindi alla fine del processo di chilldown. La possibilità di effettuare simulazioni per geometrie differenti, schematizzate da reti fluidiche, permette di studiare i processi di chilldown all’interno di linee di alimentazione criogeniche e di turbopompe centrifughe per applicazioni spaziali. Il lavoro di tesi è stato diviso in 3 parti. Nella prima fase è stato svolto un lavoro di ricerca bibliografica per individuare le correlazioni più promettenti per la modellazione dei flussi bifase all’interno del codice di calcolo. Di particolare importanza è stata la scelta delle correlazioni per la previsione degli scambi di calore tra fluido in ebollizione e parete. In seguito è stato sviluppato il codice di calcolo in MATLAB per la risoluzione delle reti fluidiche, incorporando i risultati della ricerca bibliografica. L’ultima parte della tesi è consistita nella validazione del codice di calcolo, i cui risultati sono stati confrontati con test case presenti in letteratura o forniti dall’azienda, per verificarne l’accuratezza.