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SVILUPPI FUTURI E CONCLUSIONI
In questo capitolo verranno brevemente elencati i possibili passi successivi per dare una continuità ed uno sviluppo all’attività sperimentale appena condotta e verranno accennati alcuni possibili potenziamenti delle capacità di indagine del laboratorio di cavitazione.
Verranno brevemente ricordati, infine, i principali risultati che questo lavoro di tesi ha portato.
Studio delle prestazioni cavitanti e delle forze rotodinamiche su induttori per uso spaziale
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9.1 Sviluppi futuri
La campagna sperimentale continuerà con lo studio delle forze rotodinamiche agenti sull’induttore DAPAMITO4, in regime cavitante e non.
Un campo in cui si prevedono sviluppi futuri è quello della caratterizzazione sperimentale della matrice dinamica per gli induttori, che mette in relazione le oscillazioni del flusso a monte della pompa con quelle a valle. Convenzionalmente, la dinamica di un sistema idraulico è trattata in termini di “modello a parametri concentrati”, il quale assume che gli effetti fisici distribuiti tra due stazioni possano essere rappresentati da costanti. Questa supposizione è solitamente considerata valida, quando le dimensioni geometriche del sistema sono significativamente più corte della lunghezza d’onda acustica alla frequenza considerata. Come diretta conseguenza di questa ipotesi, la matrice dinamica di un generico sistema, come ad esempio un induttore assiale, può essere scritta in questo modo:
11 12 21 22
'
'
'
'
e i e ip
H
H
p
Q
H
H
Q
(9.1) dove p’ e Q’ sono rispettivamente le oscillazioni di pressione e portata, mentre i pedici i ed e indicano la sezione d’ingresso e la sezione d’uscita. Come conseguenza della ben nota analogia elettrica, l’opposto della parte reale di H12 è usualmente denotatacome “Resistenza” R del sistema, che si è visto essere strettamente collegata con alcuni fenomeni di instabilità fluidodinamica.
Un ulteriore campo di ricerca in cui si prevedono sviluppi futuri in breve termine è l’implementazione del cosiddetto “Bispettro” nello studio delle instabilità fluidodinamiche. In matematica, nell’area dell’analisi statistica, il bispettro è un metodo utilizzato per la ricerca delle interazioni non lineari; esso è definito come la doppia trasformata di Fourier del terzo cumulante. I risultati forniti dal bispettro consistono in un grafico tridimensionale in cui sul piano orizzontale sono riportate le frequenze (sia positive che negative) e sull’asse verticale l’ampiezza data dalla seguente formula:
1 2 1 2 1 2
( , ) xx( ) xx( ) xx( )
B f f S f S f S f f (9.2)
Se ci si pone in una condizione di numero di cavitazione e coefficiente di flusso fissato, il bispettro presenta picchi in corrispondenza dei punti nel piano (f1,f2) in cui o ci
sono dei fenomeni ad una delle frequenze selezionate, o è presente un’interazione non lineare fra i due fenomeni. Per fare un esempio pratico, con riferimento all’interazione non lineare tra l’instabilità di prerotazione (f1≈12 Hz) e la frequenza 4Ω (f2=200 Hz),
l’ampiezza del bispettro sarà sempre elevata in corrispondenza di f1 ed f2 e presenterà
Capitolo 9 – Sviluppi futuri e conclusioni
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9.2 Conclusioni
Sono stati studiati e caratterizzati approfonditamente, sull’induttore DAPAMITO4, gli effetti che parametri quali il coefficiente di flusso, la prerotazione e la temperatura hanno sulle prestazioni in regime cavitante e non cavitante. Si sono, inoltre, caratterizzate le instabilità fluidodinamiche, riuscendo ad identificare i fenomeni fisici che causano oscillazioni potenzialmente pericolose del flusso ed osservando come queste sono modificate, in frequenza ed in ampiezza, dalla variazione di temperatura, coefficiente di flusso e pressione in ingresso.
Sono state, inoltre, ripetute, a distanza di quindici anni da Bhattacharyya, delle prove per la valutazione delle forze rotodinamiche su induttore assiali.
Data la scarsità di informazioni sperimentali e teoriche sulle instabilità rotodinamiche degli induttori, queste prove rappresentano un grosso passo avanti nella comprensione dei fenomeni rotodinamici e permettono di capire meglio gli effetti della cavitazione e di altri fattori sulle forze rotodinamiche.
Queste prove, effettuate sull’induttore DAPAMITO3, hanno confermato la dipendenza non quadratica delle forze rotodinamiche dalla velocità di whirl, mettendo in evidenza come una diminuzione del flusso e l’insorgere di cavitazione influenzino queste forze destabilizzando, in generale, il moto di whirl.
È stato trovato che per particolari valori del rapporto , nel nostro caso 0.3, l’interazione tra cavitazione e moto di precessione produce un forte picco destabilizzante per la componente tangenziale della forza rotodinamica, facendo pensare alla nascita di fenomeni risonanti all’interno dei canali dell’induttore.
È stato inoltre osservato che la temperatura non ha nessun effetto particolare sulle forze rotodinamiche, ad eccezione di un effetto leggermente stabilizzante sulla componente normale della forza.
Il risultato più importante di questa campagna di esperimenti è stata la verifica del legame lineare tra forze rotodinamiche e l’eccentricità, dimostrando che il modello di perturbazione lineare, utilizzato per descrivere questo tipo di forze, è appropriato.
Dal punto di vista personale, l’anno trascorso presso ALTA S.p.A si è rivelato fondamentale nella crescita formativa e umana, introducendomi nell’affascinante mondo dell’analisi sperimentale ed insegnandomi l’importanza del lavoro di squadra.
Studio delle prestazioni cavitanti e delle forze rotodinamiche su induttori per uso spaziale
