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Sviluppi futuri
In questo capitolo si presentano velocemente alcuni possibili sviluppi delle attività sperimentali che possono essere effettuate presso il laboratorio di cavitazione di ALTA.
14.1. Prove rotodinamiche con il dinamometro rotante
Tra le applicazioni immediatamente realizzabili vi è quella di studiare le forze rotodinamiche agenti sugli induttori durante il loro normale funzionamento. La calibrazione del dinamometro presentata in questa tesi è, per l’appunto, l’incipit ad una serie di attività che coinvolgeranno questo strumento per la misurazione delle forze rotodinamiche agenti sugli induttori sia in regime non cavitante che cavitante. Inoltre la futura attività sfrutterà la possibilità di instaurare un moto forzato di whirl per permettere lo studio degli effetti da esso prodotto sulla pompa sia da un punto di vista rotodinamico che fluidodinamico. Infatti nella configurazione CI2RTF potranno essere effettuate prove sperimentali relative all’analisi di:
• forze rotodinamiche indotte dai moti di whirl; • forze, stazionarie e non, agenti sul rotore;
• forze dovute a tenute, trafilamenti e flussi secondari; • flutter di paletta;
• vortex shedding.
Ilcontemporaneo impiego del dinamometro e dei trasduttori PCB dà, inoltre, la possibilità di poter conoscere l’impatto che oscillazioni di data frequenza e di data ampiezza hanno sulle forze che agiscono sull’induttore. Questo potrà permettere di approfondire notevolmente le conoscenze sulle instabilità fluidodinamiche e rotodinamiche che coinvolgono gli induttori.
14.2. Impiego di tecniche di velocimetria laser
Tra le possibili future applicazioni si prevede anche l’impiego, come già peraltro previsto in precedenti lavori di tesi, di tecniche di velocimetria laser. Si prevede l’impiego di queste
Caratterizzazione sperimentale di induttori cavitanti e del sistema di misura delle forze rotodinamiche
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tecniche per caratterizzare completamente il flusso, in termini di conoscenza del campo vettoriale della velocità, nella regione occupata dall’induttore provato. Esistono a riguardo diverse tecniche di velocimetria che impiegano il laser; tra queste vi sono: Laser Doppler Velocimetry (LDV), Laser 2 Focus Velocimetry (L2F) e la Particle Image Velocimetry (PIV). Quest’ultima, grazie alla capacità di caratterizzare flussi turbolenti, è tra le tecniche che meglio sembra prestarsi ad un’applicazione nelle varie configurazioni possibili per il circuito. Il principio di funzionamento viene evidenziato nella successiva figura.
Figura 0-1: Schema di funzionamento di un sistema di velocimetria laser di tipo PIV.
Il funzionamento di questa tecnica si basa sulla presenza di particelle traccianti all’interno del liquido, che nel caso dell’acqua impiegata nel circuito del laboratorio sono normalmente presenti. Queste particelle, trascinate dal liquido, vengono a passare attraverso una regione che viene, in maniera intervallata, illuminata da un fascio laser. Vengono acquisite attraverso una telecamera ad elevata velocità ed un opportuno software confronta tali immagini ed attraverso una cross-correlazione dei dati provenienti dalle immagini riesce a stabilire la direzione della velocità delle particelle. In questo modo è possibile conoscere il campo di velocità della regione del flusso che viene periodicamente illuminata dal laser.
Il sistema sopra evidenziato, comunque, permette di studiare solo un campo di velocità 2-D; per questo per poter conoscere il campo 3-D è necessario l’impiego di due laser.
14.3. Analisi delle instabilità interne ai canali dell’induttore
Un possibile ulteriore campo di sperimentazione può essere quella dell’analisi delle instabilità che interessano la regione del flusso all’interno dei canali formati dalle pale
dell’induttore. Per fare questo
in modo da arrivare ad avere i trasduttori piezoelettrici
Figura 0-2: Schema del plexiglas e dell'indut
Nello schema subito sopra raffigurato si riporta molto schematicamente lo sviluppo su un piano di un plexiglas con un induttore. Il plexiglas
secondo la linea media dei canali presenti tra le pale. permetterà di evidenziare meglio se determinati fenomeni uno o più canali dell’induttore.
14.4. Controllo della popolazione dei nuclei di cavitazione e sistema di
deareazione
Un importante sviluppo delle capacità dell’impianto di prove delle turbopompe potrebbe venire dall’impiego di un sistema per poter effettuare controlli della pop
cavitazione, oltre che di un sistema
Infatti è possibile che il funzionamento del circuito venga compromesso da un eccessiva quantità di gas disciolto nell’acqua; per questo
deareazione. Uno schema di questo sistema è già stato proposto in passato da Cervone (
Capitolo 14
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dell’induttore. Per fare questo è necessario ridisegnare i plexiglas per ciascun tipo di induttore, in modo da arrivare ad avere i trasduttori piezoelettrici (PCB) distribuiti lungo i canali.
: Schema del plexiglas e dell'induttore sviluppati su un piano con i relativi fori per i PCB disposti lungo la linea media del canale delle pale.
Nello schema subito sopra raffigurato si riporta molto schematicamente lo sviluppo su un piano di un plexiglas con un induttore. Il plexiglas presenta dei fori per accogliere i PCB disposti secondo la linea media dei canali presenti tra le pale. La disposizione dei PCB lungo il canale permetterà di evidenziare meglio se determinati fenomeni oscillatori coinvolgono interamente
ll’induttore.
Controllo della popolazione dei nuclei di cavitazione e sistema di
deareazione
Un importante sviluppo delle capacità dell’impianto di prove delle turbopompe potrebbe venire dall’impiego di un sistema per poter effettuare controlli della pop
cavitazione, oltre che di un sistema in grado di poter incrementare le capacità di
Infatti è possibile che il funzionamento del circuito venga compromesso da un eccessiva quantità di gas disciolto nell’acqua; per questo si rende auspicabile l’impiego di un sistema di deareazione. Uno schema di questo sistema è già stato proposto in passato da Cervone (
0-3: Schema del sistema di deareazione. (Cervone [1])
è necessario ridisegnare i plexiglas per ciascun tipo di induttore, distribuiti lungo i canali.
sviluppati su un piano con i relativi fori per i PCB disposti lungo la
Nello schema subito sopra raffigurato si riporta molto schematicamente lo sviluppo su un presenta dei fori per accogliere i PCB disposti La disposizione dei PCB lungo il canale oscillatori coinvolgono interamente
Controllo della popolazione dei nuclei di cavitazione e sistema di
Un importante sviluppo delle capacità dell’impianto di prove delle turbopompe potrebbe venire dall’impiego di un sistema per poter effettuare controlli della popolazione dei nuclei di di poter incrementare le capacità di deareazione. Infatti è possibile che il funzionamento del circuito venga compromesso da un eccessiva si rende auspicabile l’impiego di un sistema di deareazione. Uno schema di questo sistema è già stato proposto in passato da Cervone ([1]).
Caratterizzazione sperimentale di induttori cavitanti e del sistema di misura delle forze rotodinamiche
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In base allo schema l’impianto di deareazione viene collegato al circuito in due punti. Da un parte viene spillata acqua dal circuito, la quale viene poi fatta passare attraverso un serbatoio. L’acqua viene immessa nel serbatoio “sparandola” attraverso degli ugelli situati su di una apposita piastra. L’acqua, sotto forma di goccioline praticamente sferiche, presenta un elevato valore del rapporto superficie/volume permettendo all’aria disciolta nell’acqua di diffondere attraverso l’acqua stessa e, quindi, di poter essere aspirata mediante una pompa a vuoto. L’acqua deareata viene poi reinserita in un secondo punto del circuito per mezzo di una seconda pompa.
È inoltre importante anche il sistema di controllo della popolazione dei nuclei di cavitazione. Infatti il possibile impiego di questo strumento permetterebbe di poter effettuare studi più accurati sullo sviluppo della cavitazione. Infatti, come noto dalla letteratura, l’insorgenza della cavitazione, come il suo iniziale sviluppo, dipendono fortemente dalla qualità del liquido di lavoro, ovvero dalla concentrazione e dalla tipologia di nuclei di cavitazione presenti, mentre al contrario, quando la cavitazione è in uno stato avanzato, ogni ulteriore sviluppo di questa non è più sensibilmente influenzata dalla concentrazione iniziale dei nuclei di cavitazione.
14.5. Analisi dei transitori di variazione di velocità
Tra i possibili interessanti sviluppi delle attività sperimentali potrebbe esserci lo studio e la conseguente caratterizzazione del comportamento del flusso all’interno della turbomacchina, con possibili sviluppi di instabilità, in risposta a variazioni di velocità di questa. Infatti le turbomacchine si trovano a poter registrare variazioni di velocità di rotazioni con conseguente possibile sviluppo di fenomeni non stazionari destabilizzanti per il flusso. Ci si trova, quindi, impossibilitati a poter impiegare le tecniche dell’analisi di Fourier per poter studiare questi fenomeni, vista la non stazionarietà degli stessi. A questo punto si dovrebbe passare a dover impiegare le tecniche dell’analisi wavelet.
14.6. Bibliografia
[1]-A. Cervone, Progetto costruttivo definitivo di un impianto di prova in similitudine di turbopompe cavitanti,Tesi di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Università di Pisa, 2000.
[2]-L.Torre, Studio sperimentale delle prestazioni e delle instabilità’ fluidodinamiche di cavitazione su un prototipo dell’induttore della turbopompa LOx del motore Vinci, Tesi di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Università degli Studi di Pisa, 2003-2004.
