Capitolo 6 – Sviluppi futuri
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INTRODUZIONE
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In questo capitolo ci si soffermerà sulle possibili attività che dovranno essere affrontate dopo il primo passo dato da questo lavoro.
Modello per il progetto preliminare di induttori a mozzo rastremato e confronto con simulazioni numeriche
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6.1 Sviluppi futuri
Si può affermare che in questa tesi è stato fatto il primo passo che porterà alla realizzazione del Nautilus. Quello che però dovrà seguire a questo lavoro è ancora un processo abbastanza lungo.
La prima operazione da fare è quella di creare una nuova mesh del Nautilus, in questo caso “strutturata”, ed eseguire lo stesso iter condotto per le simulazioni affrontate in questo lavoro, utilizzando la matrice di prova riportata in Appendice 3. La realizzazione della mesh dovrebbe lasciare la modellizzazione in Gambit, troppo grossolana, per passare ad una creazione diretta tramite immissioni dei punti da codice Matlab. Questo approccio, anche se più difficile da realizzare, ha comunque il grande vantaggio di creare geometrie senza errori sulla congruenza delle superfici (cosa che accade spesso per geometrie complesse come quelle di induttori utilizzando un programma come Gambit) e, non meno importante, una maggiore velocità nell’apportare cambiamenti alle mesh di prova. Si può scegliere di affrontare altre prove, con diverse condizioni, per avere un più ampio spettro (anche se i risultati che si otterranno da queste non potranno essere confrontate con i risultati ottenuti in questo lavoro, quindi la cosa sarebbe di scarso interesse, a meno che le nuove condizioni non fossero applicate anche alla vecchia mesh, ottenendo nuovi risultati).
Si può cercare anche di fare delle simulazioni al Fluent con “modelli cavitanti”, cioè delle simulazioni che creano una situazione bifasica all’interfaccia della mesh. Va comunque sottolineato il fatto che questi modelli sono ancora in fase di sviluppo, e nei casi in cui sono stati utilizzati non hanno ottenuto dei risultati degni di nota [1] [2].
Bisogna definire in maniera definitiva il tipo di giunzione tra albero motore e induttore, visto che questo potrà portare alla modifica della geometria interna dell’induttore.
Una volta finita la parte di simulazioni fluidodinamiche, si possono stimare da queste le forze agenti sull’induttore, specialmente sulle pale, e si deve fare una verifica strutturale della macchina. Per la verifica si possono utilizzare sia dei modelli empirici che vengono suggeriti dalla NASA [3], sia simulazioni numeriche con programmi CAE (Nastran, Ansys).
Una volta svolta questa seconda attività di simulazione e scelta in via definitiva la geometria interna dell’induttore si potrà passare alla creazione di un prototipo del Nautilus. La sua creazione può essere fatta direttamente da E, grazie ai moduli Pro-Meccanica, che permettono di partire dal grezzo, simulare le lavorazioni ed infine di mandare direttamente alla macchina a controllo numerico il foglio di lavoro da seguire (in realtà manda già delle istruzioni binarie).
Una volta realizzato il prototipo, si può passare alla fase più importate di tutto il progetto, cioè il montaggio nella galleria di prova, e si può iniziare la sperimentazione. Le prove sperimentali dovranno avere gli stessi vincoli di quelli numerici per avere la possibilità di confrontarli. I risultati ottenuti evidenzieranno quanto il modello matematico ed il
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modello numerico sono lontani dalla realtà. Grazie poi al circuito di prova si potranno affrontare in maniera approfondita la cavitazione sull’induttore (quindi le sue prestazioni in caso cavitante) e il suo comportamento nel caso di instabilità fluidodinamiche.
Se i risultati saranno nella media dei concorrenti (sarebbe meglio superiori), si potrà passare alla sponsorizzazione del nuovo “know-how” dell’azienda Alta-Space.
Modello per il progetto preliminare di induttori a mozzo rastremato e confronto con simulazioni numeriche
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Note bibliografiche al capitolo 6
[1] G.S. Berntsen, M. Kjeldsen, R.E.A. Arndt, “Numerical modeling of sheet and tip cavitation with Fluent 5”, CAV 2001: session B5.006;
[2] A. Hosangadi, V. Ahuja, R.J. Ungewitter, “Simulation of cavitanting cryogenic inducers”, 40th AIAAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propultion Conference and Exhibit, 11-14 July 2004;
[3] NASA Space vehicle, design criteria (chemical propultion), “Liquid rocket engine turbopomp inducer”, NASA SP-8052, 1971.
