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Sommario
Il presente lavoro, svolto in collaborazione con EsaStudio (Pisa - Ospedaletto), mira a valutare la fattibilità di una turbina idraulica ad asse verticale da destinare ad applicazioni fluviali, in grado di generare potenze dell’ordine del kW. L’analisi è condotta per verificare la possibilità di collocare il dispositivo nel territorio circostante per determinare, quindi, una possibile locazione dell’impianto in questione. L’originalità del dispositivo consiste nell’impiego di meccanismi di riduzione delle perdite per attrito; la quale è realizzata permettendo alle pale di auto-orientarsi così da formare un angolo ortogonale all’asse di rotazione della girante e fornendo così la massima forza di spinta ottenibile dalla corrente di fluido in fase attiva, e in modo da offrire la minima superficie attiva quando il moto delle pale è contro corrente. Il lavoro è strutturato in quattro fasi.
La prima parte del lavoro, effettuata tramite l’uso del software MathCad, è finalizzata alla realizzazione di un modello matematico in grado di valutare le forze agenti su una pala della turbina in una rivoluzione completa intorno all’asse di rotazione. La seconda parte consiste in una serie di analisi CFD per validare quanto trovato nel modello MathCad e per determinare il numero di pale necessario a massimizzare la potenza della turbina. A tale scopo si genera la geometria sulla quale effettuare l’analisi e successivamente, dopo aver opportunamente suddiviso il dominio di partenza in più sottodomini, si costruiscono le griglie di volume utilizzando Ansys ICEM CFD. Attraverso l’ausilio del codice di calcolo
FLUENT, si passa alla fase di simulazione; si illustrano il modello di calcolo adottato, i
settaggi adoperati, le condizioni al contorno imposte e i risultati conseguiti.
La terza parte del lavoro è invece incentrata sul progetto costruttivo di un prototipo di questa turbina, noti i risultati ottenuti nei capitoli precedenti. I carichi agenti sulla superficie della pala sono trasferiti da FLUENT ad Ansys mediante una procedura Fortran. Il prototipo, con raggio al tip della pala di 1 m e con velocità in ingresso del fluido di 2 m/s
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riesce a generare potenze dell’ordine di 0,5 kW. Nell’ultima parte del lavoro sono discussi i risultati e tracciate alcune conclusioni e sviluppi futuri.
