Modulo di riferimento

Tutte le configurazioni fin qui analizzate sono ottenute a partire dallo stesso mo-dulo di riferimento: una LPT a due stadi, la cui sezione varia in maniera lineare. I due stadi lavorano in analogia operativa, cio`e agli stessi valori di φ, ψ ed R e quindi rappresentano lo stesso punto sul diagramma di Smith. Tuttavia la presenza di due stadi si rende necessaria per garantire, in ingresso al secondo stadio, delle condizioni realistiche. Infatti le condizioni di ingresso per un monostadio sarebbero alterate

(a) Le 16 configurazioni analizzate sul diagramma di Smith

(b) Modulo bi-stadio di riferi-mento

Figura 4.1. Configurazioni di LPT analizzate

dalla presenza di perdite di imbocco difficilmente valutabili. Utilizzando quindi due stadi che lavorano in similitudine e imponendo che le condizioni di uscita al primo stadio siano uguali a quelle di ingesso al secondo statore, si ottiene l’effetto voluto sul secondo stadio, che `e il vero oggetto di studio. I dati geometrici del modulo (come ad esempio il canale di flusso, la corda media e l’Aspect Ratio) fanno invece riferimento a valori ottenuti da una media delle comuni turbine aeronautiche di bas-sa pressione oggi in commercio. Per quanto concerne invece i parametri di ingresso, si fa riferimento alle condizioni di crociera, in modo da simulare la condizione di funzionamento che si verifica per un tempo pi`u lungo durante la vita operativa della turbina.

4.3 Raccolta dati: il Database multimediale

Data la grande quantit`a di dati da maneggiare, legata alle numerose configurazioni gi`a analizzate, ma anche a quelle future, prima di procedere all’implementazione di nuove correlazioni di perdita `e necessario ordinare in una struttura coerente tutte le informazioni. Infatti, per lo studio che si intende perseguire, di ogni configurazione

`e necessario conoscere alcuni parametri geometrici e aerodinamici, che fungono da input alle correlazioni stesse, e alcuni output, quali quelli delle analisi CFD, che invece servono come termine di confronto dei risultati. Queste informazioni a loro volta sono tratti da una serie di file differenti, associati alla singola configurazione, derivanti dai diversi step necessari (si riveda a tal proposito Figura 2.2) per una corretta progettazione. Ogni configurazione sar`a per esempio corredata dai seguenti file:

ˆ foglio di lavoro Excel del T`urbine©_,

ˆ foglio Excel per la pala base di ogni schiera (vane1, blade1, vane2 e blade2 ), ˆ foglio Excel per la pala ottimizzata,

ˆ generatore dei profili AeroMetric©_,

ˆ griglie degli airfoils,

ˆ foglio Excel del TRAF nelle condizioni di full Navier-Stockes, ˆ foglio Excel del TRAF nelle condizioni di Thin Layer,

ˆ altri pacchetti e file di Output.

Alcuni di questi file saranno inoltre multipli per la singola configurazione, in quan-to i dati in essi contenuti si differenziano per ogni analisi fluidodinamica condotta (ad esempio al variare del numero di Reynolds, dello spessore del TE e dell’AR si avranno diversi file di pale e TRAF).

Bisogna inoltre considerare due aspetti: da un lato, si ricorda che le analisi condotte finora sono state frutto di studi successivi, nati da esigenze diverse, e quindi han-no diverse collocazioni, dall’altro, si sottolinea l’esigenza attuale di rendere tutte le procedure di studio il pi`u possibile automatiche, al fine di ridurre i tempi necessari. Emerge quindi la necessit`a non solo di individuare un percorso comune ai vari file, ma anche di allocarli in una disposizione ben strutturata. Per questo, la prima parte del lavoro compiuto all’interno dell’azienda, riguarda la creazione di un Database multimediale, contenente tutte le pale generate e analizzate finora nel settore Ricer-ca&Sviluppo di Avio Aero.

L’intero Database `e stato inserito all’interno di un’unica directory. Nella Figura 4.2 viene riportato sinteticamente lo schema concettuale della struttura interna del Database, suddiviso per configurazioni e tipologia di analisi seguite.

All’interno delle ultime sottocartelle si trovano tutti i file inerenti a quella singola analisi e a quella specifica configurazione, sempre secondo una struttura ordinata.

Figura 4.2. Suddivisione in sottocartelle del Database

La struttura cos`ı pensata garantisce la possibilit`a di inserire eventuali analisi ag-giuntive, senza compromettere quelle preesistenti. Inoltre consente di recuperare i dati di interesse tramite l’uso di procedure automatizzate.

4.4 Lettura dei dati

Una volta raccolti tutti i dati, si tratta ora di individuare quali sono quelli di interesse per questo studio e in che modo recuperarli. Dato l’obiettivo di revisionare le correlazioni di perdita e di valutarne l’affidabilit`a a livello monodimensionale, per ogni configurazione bisogna recuperare tutti quei dati geometrici e aerodinamici che servono, direttamente o indirettamente, come input alle correlazioni, come ad esem-pio gli angoli di flusso, il numero di Mach, le velocit`a relative e assolute, il raggio ad hub e tip della pala, pressione a ingresso e uscita delle schiere. Inoltre, per poter operare il confronto tra parametri “veri” e “stimati”, gli stessi input devono essere recuperati sia dai file associati all’analisi monodimensionale che da quelli delle pale 3D: i dati “veri”, inerenti alle pale gi`a generate, si trovano in parte nel TRAF e in parte nei file delle singole schiere, gli input “stimati” sono invece recuperati dal T`urbine^©. Per ogni configurazione, bisogna quindi aprire pi`u fogli di lavoro per po-ter recuperare tutti i dati utili. A ci`o si aggiunge il fatto che lo stesso procedimento va ripetuto per tutte le configurazioni.

Per facilitare e velocizzare il lavoro di raccolta dati, viene quindi implementato un codice (in VBA), che automaticamente entra nella cartella della specifica configura-zione, seleziona e apre il file voluto e salva il parametro di interesse, continuando lo stesso procedimento per tutti i parametri. Tramite un foglio di interfaccia (il Main), in cui si trova l’elenco completo del Database, `e possibile scegliere di volta in volta quali configurazioni prendere in esame.

All’interno del codice sono anche implementate tutte le correlazioni di perdita usate nel T`urbine<sup>©</sup>: oltre ai modelli tradizionali di AMDCKO e di CC, si trovano infatti anche tutte le versioni successive, revisionate negli anni dall’azienda, fino ad arriva-re alla nuova versione 2014. In base all’opzione scelta, il programma calcoler`a, per

una certa versione, gli output relativi a una o all’altra correlazione. Gli Input e gli Output di tutte le pale vengono quindi riportati automaticamente su una apposita tabella di lavoro: in questo modo tutti i dati necessari per il confronto alla base di questo studio risultano di pi`u facile lettura.

Sul Main, oltre a poter selezionare le configurazioni da investigare, sono quindi presenti anche le seguenti opzioni:

ˆ correlazione da calcolare: AMDCKO o CC ˆ versione: ORIGINAL, 2012, 2013, 2014 ˆ scelta degli input: 1D o 3D

Possiamo dunque riassumere le funzioni di questo tool come segue: recupero auto-matico dei dati, implementazione dei modelli di perdita, visualizzazione chiara degli Input e degli Output, inerenti a quella determinata correlazione, per un facile con-fronto.

4.5 Uscita del programma

Di seguito vengono riportati i parametri di interesse per il presente studio, che devono essere stampati in uscita al programma appena descritto.

Input CC e AMDCKO α_in, α_out, β_in, β_out, M_in, M_out, P_in, P_out, t_out, ρ_out, te, X_hub,le, X_tip,le, X_hub,te, X_tip,te, R_hub,le, R_tip,le, R_hub,te, R_tip,te

Altri Input CC Re, B, b, s, e, U T , AR, P_rel

Output CC N_Re, F_L, x_p0, N_te, (∆x_p)_te, (∆x_p)_s/e, (∆x_p)_m, X_p, N_h/b, x_s0, X_s, X_tot

Altri Input AMDCKO r_h/r_t, s/c, r/o, Re, M_in,h, c/c_ax, K_P, AR, t_max/c, c_out

Output AMDCKO Y_p(α0

in=0), Y_p(α0

in=αout), Y_p(i=0), χ_Re, Y_te, Y_Pχ_Re + Y_te, χ_AR, Y_s, ∆E_te(α0

in=0), ∆E_te(α0

in=αout), ∆E_te, Y_tot