Caratterizzazione sperimentale di una sezione di prova per pale di turbina transoniche per differenti numeri di Reynolds e Mach

Abstract

La presente tesi ha come obiettivo la caratterizzazione della sezione di prova installata nella galleria del vento transonica presso il Laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine del campus di Savona dell’Università degli Studi di Genova. La sezione di prova dell’impianto è destinata alla caratterizzazione aerodinamica di schiere di pale di turbine aeronautiche di bassa pressione transoniche. Affinché le prove sperimentali possano essere condotte in maniera accurata, efficace e ripetibile, è necessario garantire il raggiungimento delle condizioni operative desiderate e la loro stabilità per un intervallo di tempo sufficientemente lungo. A tal scopo è stata effettuata una campagna sperimentale esplorando ampi intervalli di condizioni operative, individuate fluidodinamicamente dal numero di Mach e dal numero di Reynolds. È stata valutata la capacità dell’impianto di regolare i due parametri in maniera indipendente agendo sulla pompa del vuoto e sulla soffiante mediante l’inverter. Inoltre, è stata posta particolare attenzione sulla stabilità dei parametri, analizzando gli andamenti temporali del numero di Mach, del numero di Reynolds, della pressione e della temperatura. Infine, per alcune condizioni operative stabili sono state effettuate le prime prove di caratterizzazione aerodinamica. È stato analizzato il carico aerodinamico per verificare la periodicità del flusso nella schiera lineare e le perdite di profilo della pala centrale. La campagna sperimentale costituisce pertanto un’importante base per le future prove sperimentali su pale di turbine di bassa pressione transoniche.

This thesis focuses on the characterization of the test section of the transonic wind tunnel at the Aerodynamics and Turbomachinery Laboratory of the University of Genoa – Savona Campus. The test section is intended for the aerodynamic characterization of transonic lowpressure turbine blade cascades for aeronautical applications. In order to perform accurate, effective and repeatable experimental tests, the desired operating conditions must be reached and maintained stable for a sufficiently long period of time. To assess the capability of the facility to achieve such conditions, an experimental campaign was carried out over a wide range of operating conditions, defined in terms of their fluid-dynamic characteristics through the Mach and Reynolds numbers. The capability of the facility to control these two parameters independently was assessed by acting on the vacuum pump and blower speed through the inverter. Moreover, particular attention was devoted to the stability of the operating conditions by analysing the time evolution of Mach number, Reynolds number, pressure and temperature. Finally, initial aerodynamic characterization tests were conducted under selected stable operating conditions. The aerodynamic loading was analysed to assess the flow periodicity across the blade cascade, and the profile losses of the central blade were evaluated. The experimental campaign therefore provides an important basis for future experimental activities on transonic low-pressure turbine blade cascades.