Analisi RANS per lo Studio dei Flussi Secondari in una Schiera di Pale per Turbine di Bassa Pressione = RANS Analysis for the Investigation of Secondary Flows in a Linear Low-Pressure Turbine Cascade

Al contrario di quanto possa suggerire l’aggettivo “secondario”, l’influenza dei flussi secondari sull’intero campo fluidodinamico che si instaura quando la corrente passa attraverso due pale adiacenti all’interno di una turbomacchina, è di primaria importanza nell’ambito dei sistemi propulsivi. Infatti l’insieme di tutte le strutture aerodinamiche, complesse e tridimensionali, generate dall’interazione tra lo strato limite presente sull’endwall e le schiere di pale, interferisce fortemente con lo strato limite delle superfici palari, provocando la nascita di ingenti perdite che contribuiscono fino al 50% di quelle totali. Per tale motivo, molti sono stati gli studi sperimentali e numerici che si sono susseguiti nel corso degli anni, prefiggendosi lo scopo di comprendere sempre più nel dettaglio tale fenomeno, stimandone gli effetti. Si colloca in quest’ottica il seguente lavoro, nel quale si intendono sfruttare i grandissimi vantaggi offerti dalla fluidodinamica computazionale (CFD). Nel corso della trattazione, insieme ad uno studio approfondito dei risultati presenti in letteratura sul tema dei flussi secondari e sulla loro natura fisica, sono state descritte tutte le fasi principali che compongono le simulazioni CFD condotte, discutendone i requisiti imposti e le scelte adottate. In particolare, grande attenzione è stata dedicata agli stadi di progettazione e costruzione del dominio di calcolo e della mesh, ritenuti di importanza essenziale per l’ottenimento di risultati dotati di un’adeguata risoluzione e accuratezza. Tutte le simulazioni sono state eseguite impiegando l’intero set delle Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, completato dal modello di turbolenza di Spalart-Allmaras, sfruttando uno schema numerico che vede l’adozione dei “Discontinuous Galerkin methods” per la discretizzazione nello spazio e un metodo di tipo implicito per le iterazioni nel tempo. La pala scelta, per via del grande numero di studi condotti su di essa, è la T106, usata per turbine di bassa pressione e costituita da un profilo ad alta curvatura. L’evoluzione della vorticità, il comportamento delle linee di corrente, la generazione e la distribuzione delle perdite sono alcuni degli aspetti messi in luce nella fase di post-processing, proponendo, ove possibile, confronti con risultati sperimentali e numerici ottenuti da differenti autori. Infine è stata valutata la possibilità di modificare localmente il bordo di attacco della paletta per poter avere un controllo sulla posizione e sull’intensità delle strutture vorticose che compongono i flussi secondari, con il fine di diminuire le perdite secondarie ed incrementare conseguentemente l’efficienza della turbina.