Analisi RANS bidimensionale e tridimensionale per la palettatura di una turbina aeronautica = Two-dimensional and three-dimensional RANS analysis for the blading of an aeronautical turbine

L'utilizzo della fluidodinamica computazionale, in inglese Computational Fluid Dynamics (CFD), risulta ormai fondamentale in ambito ingegneristico, soprattutto in campo aerospaziale. Se in passato, in fase di progettazione, lo strumento più efficace era quello della fluidodinamica sperimentale, il grosso impatto che ha avuto la fluidodinamica computazionale ha portato negli anni al susseguirsi di diversi studi, con lo scopo di sviluppare algoritmi e modelli in grado di fornire risultati sempre più precisi e aderenti a quelli sperimentali. Inoltre, lo sviluppo tecnologico in termini di risorse computazionale ha portato vantaggi in a livello di tempi, costi e facilità di analisi che ha reso indispensabile l'utilizzo della CFD. Allo stesso tempo, il largo utilizzo di questa tecnica ha fatto sì che si sviluppassero anche diversi software commerciali, che sfruttano la CFD per lo studio di flussi, che al giorno d'oggi sono largamente utilizzati sia in ambito accademico che industriale. Il seguente lavoro si basa sull'utilizzo della fluidodinamica computazionale al fine di studiare un problema tipico della propulsione aerospaziale, ovvero il campo di moto che si sviluppa attorno ad una pala di turbina. Nello specifico, verranno da prima analizzati alcuni tra gli aspetti principali della CFD, quali la discretizzazione spaziale, le varie tipologie di griglie utilizzabili e i diversi modelli usati per l'approssimazione dei flussi turbolenti. Successivamente, mediante l'utilizzo di un codice ai volumi finiti, sono state svolte diverse simulazione su di una pala T106. Questo tipo di pala è usata per turbine di bassa pressione ed è caratterizzato da un profilo ad alta curvatura. La scelta della T106 è stata fatta per via dei diversi studi condotti su quest'ultima, che permettono quindi di avere diversi risultati sui quali confrontare il lavoro svolto. Dopo una dettagliata descrizione sulle diverse griglie utilizzate, si è passato ad analizzare le simulazioni, le quali sono svolte utilizzando le Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), cercando una soluzione di tipo stazionario. Il lavoro è stato quindi diviso i due fasi. La prima, nella quale sono state condotte simulazioni bidimensionali, è caratterizzata da uno studio sul confronto dei diversi modelli di turbolenza, e da un'analisi di convergenza sulla griglia al fine di valutare l'influenza di queste caratteristiche sui risultati della simulazione. Successivamente, scelti griglia e modello più adatti, si è proceduto valutando il comportamento della pala al variare delle caratteristiche del flusso in cui essa è immersa. Nella seconda fase si è passati ad una simulazione tridimensionale del problema. Lo scopo di questa seconda parte è quella di studiare al meglio la T106, mettendo in luce una caratteristica tipica dei flussi che attraversano una palettatura, ovvero la formazione dei "flussi secondari". Si è andata quindi a valutare l'influenza delle strutture vorticose, che caratterizzano i flussi secondari, sul campo di moto e sulle prestazioni della pala stessa. I risultati ottenuti in entrambe le fasi sono stati quindi confrontati con quelli sperimentali o numerici presenti in bibliografia.