6 Conclusioni e sviluppi futuri
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Nel presente capitolo vengono riassunti i principali risultati ottenuti nel corso dell’attività con particolare riferimento al raggiungimento degli obbiettivi prefissati. Verranno inoltre elencati i possibili passi successivi da seguire per dare una continuità e uno sviluppo all’attività sperimentale condotta nel presente lavoro di tesi.
Analisi della cavitazione in induttori mediante telecamera ad alta velocità
6.1 Sviluppi futuri
Per quanto riguarda i passi da seguire per poter dare uno sviluppo all’attività effettuata nell’ambito del presente lavoro di tesi, questi potrebbero riguardare sia il metodo di elaborazione delle immagini, sia il sistema di acquisizione immagini.
In particolare l’algoritmo di elaborazione di immagini può essere sicuramente migliorato in termini di tempo necessario per l’elaborazione dei fotogrammi di un intero filmato e, con l’uso di nuove tecniche di segmentazione o di altre tecniche di elaborazione di immagini (quali l’applicazione di opportuni filtri), potrebbe anche essere reso completamente automatico.
Il sistema di acquisizione immagini può essere potenziato grazie ad un moltiplicatore che permetterebbe un ingrandimento dell’immagine dell’induttore che sarebbe utile nel caso delle riprese frontali. Quest’ingrandimento andrebbe tuttavia a discapito della luminosità, bisognerebbe pertanto capire se fosse o meno necessaria una maggiore potenza delle lampade alogene.
Un altro miglioramento del sistema di acquisizione immagini potrebbe essere quello di effettuare, grazie all’uso di uno specchio, la contemporanea registrazione di filmati frontali e laterali. Tutto ciò è stato già effettuato in altri laboratori, anche se non per il caso di induttori cavitanti. Anche nel presente lavoro di tesi è stato fatto questo tentativo, anche se la distanza relativamente elevata della videocamera dall’induttore per le riprese frontali non ha permesso di ottenere buoni risultati. Una soluzione potrebbe essere rappresentata da una modifica del condotto d’aspirazione in maniera tale da consentire un avvicinamento della telecamera alla sezione d’ingresso dell’induttore.
Sarebbe inoltre molto interessante applicare tutte le tecniche sviluppate nel presente lavoro anche sull’induttore FAST2, sul quale in [1] erano state riscontrate instabilità molto interessanti quali il surge di cavitazione di ordine superiore. Come si è già accennato nel Capitolo 3, il problema di questo induttore è che presenta dimensioni caratteristiche relativamente piccole che non permettono di raggiungere i dovuti livelli di cavitazione senza degli opportuni accorgimenti. In questo caso, non potendo utilizzare le cadute di pressione a filtro (in quanto non permetterebbero la registrazione dei filmati frontali), si potrebbe per esempio pensare di utilizzare il moltiplicatore di giri già utilizzato in [1].
6.2 Conclusioni
La presente attività ha permesso di potenziare le capacità di indagine sulle instabilità fluidodinamiche della cosiddetta CI2TF (Cavitation Induced Instabilities Test Facility) grazie all’introduzione del sistema di acquisizione immagini.
Come si è potuto constatare nelle pagine precedenti, l’attività sperimentale svolta ha portato al raggiungimento degli obbiettivi prefissati che sono stati descritti nella Sezione 1.4.
Per quanto riguarda l’installazione del sistema di acquisizione immagini sono stati riportati, nel Capitolo 3 gli schemi utilizzati sia per la registrazione dei filmati “laterali”, che per la registrazione dei filmati “frontali”. Nello stesso capitolo è stato anche descritto il sistema utilizzato per la pulitura dell’acqua resosi necessario per la registrazione dei filmati frontali.
Capitolo 6 – Conclusioni e sviluppi futuri
Nel Capitolo 5 è stata descritta la modalità di svolgimento delle prove e si è visto come è stato possibile effettuare le registrazioni in tutte le condizioni di flusso consentite dal circuito, anche se in maniera discreta viste le limitazioni imposte dal tempo massimo di registrazione della telecamera. Le varie condizioni di flusso in cui i filmati sono stati registrati sono anche riassunte nell’Appendice C.
Nel Capitolo 4 sono stati descritti dettagliatamente gli algoritmi (manuale e semi-automatico) sviluppati per l’elaborazione delle immagini. e sono stati mostrati gli ottimi risultati che si ottengono con entrambi.
Infine, nel Capitolo 5 sono state descritte le metodologie utilizzate per il calcolo delle grandezze caratteristiche della cavitazione. Sono state riportate, in particolare, le metodologie di calcolo della superficie frontale complessiva delle cavità che si sviluppano sulle pale e quelle utilizzate per il calcolo della lunghezza e dell’area frontale di ciascuna delle suddette cavità.
Queste metodologie sono state poi applicate ai fotogrammi estratti dai filmati registrati mediante la telecamera ad alta velocità. Sono state così rese possibili sia l’analisi della variazione della superficie frontale complessiva al variare delle condizioni di flusso, sia l’analisi delle fluttuazioni di lunghezza e area delle singole cavità presenti sulle pale dell’induttore con una metodologia simile a quella generalmente utilizzata per l’analisi delle fluttuazioni di pressione.
E’ stata inoltre introdotta una metodologia per l’analisi ottica dei filmati “laterali” che, sebbene molto approssimativa, si è rivelata molto utile sia per l’osservazione di fenomeni di oscillazione delle dimensioni delle cavità, sia per un calcolo preliminare delle frequenze caratteristiche di tali oscillazioni.
Proprio questa metodologia ha portato all’osservazione di un’oscillazione delle dimensioni delle cavità la cui frequenza (anche se calcolata in maniera approssimativa) è molto vicina a quella riscontrata nell’analisi delle oscillazioni di pressione effettuata in uno dei lavori di tesi precedenti [2]. Tutto ciò ha condotto alla supposizione che l’oscillazione di pressione e quella delle dimensioni delle cavità fossero legate.
La conferma di ciò la si è avuta prima dall’analisi di Fourier effettuata per le sole oscillazioni di lunghezza e area delle cavità e, infine, anche dall’analisi contemporanea delle oscillazioni di pressione e di quelle delle dimensioni delle cavità. Le metodologie sviluppate nel presente lavoro hanno dunque consentito di stabilire la causa dell’instabilità fluidodinamica precedentemente classificata come stallo rotante.
Molto importante si è rivelata l’introduzione delle tecniche di elaborazione delle immagini alcune delle quali sono state descritte nel Capitolo 4 e, soprattutto, l’implementazione di tali tecniche in ambiente Matlab. Tutto ciò ha permesso, tra l’altro, di ottenere i grafici che riportano la variazione delle dimensioni delle cavità (lunghezza e area) in funzione del tempo. Questi grafici, rispetto a quelli simili che si possono trovare in letteratura in cui c’è un solo punto sperimentale per ogni giro dell’induttore, hanno l’importante caratteristica di presentare un elevato numero di punti sperimentali (40 per ogni giro dell’induttore). Tutto ciò ha permesso l’analisi di Fourier delle oscillazioni delle cavità che, a quanto risulta all’autore, non è mai stata documentata in letteratura.
E’ infine da sottolineare anche la descrizione dello stato dell’arte sulle instabilità di cavitazione riportata nel Capitolo 2 con cui si spera di aver fatto ulteriore chiarezza soprattutto sulle instabilità scoperte molto recentemente nei principali centri di ricerca internazionali. In questo caso, infatti, a differenza dei lavori di tesi precedenti ([1] e [2]),
Analisi della cavitazione in induttori mediante telecamera ad alta velocità
ci si è soffermati soprattutto sulle principali analisi teoriche, grazie alle quali sono stati scoperti i diversi tipi di instabilità di cavitazione attualmente conosciuti, documentate nei “classici” della letteratura tecnica degli ultimi dieci anni circa.
6.3 Note bibliografiche al Capitolo 6
[1]
L. Torre, Studio sperimentale delle prestazioni e delle instabilità
fluidodinamiche su un prototipo dell’induttore della turbopompa LOX del
motore VINCI, Tesi di Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Università di
Pisa, 2004.
[2] R. Testa, Studio sperimentale delle instabilità fluidodinamiche di cavitazione su un
induttore commerciale e sul MK1 della turbopompa LOX di Ariane 5, Tesi di
Laurea in Ingegneria Aerospaziale, Università di Pisa, 2003.
