Analisi numerica delle prestazioni del condotto di scarico di una turbina a vapore di bassa pressione

Abstract

Il seguente studio di tesi analizza il sistema di scarico di una turbina a vapore di bassa pressione utilizzando tecniche di fluidodinamica computazionale. L’analisi è stata condotta mediante simulazioni CFD, utilizzando diversi modelli di turbolenza e confrontando i risultati con dati sperimentali tratti da uno studio di riferimento. Dopo aver realizzato una griglia tale per cui il risultato del calcolo sia indipendente dalla stessa, si discutono i risultati ottenuti mostrando campi di pressione totale, di entropia e i campi vettoriali di velocità sui principali piani di riferimento. Una volta ottenuta la validazione dei risultati numerici tramite il confronto con il caso sperimentale, lo studio si pone come obiettivo quello di modificare la geometria del sistema di scarico di riferimento allo scopo di migliorarne le performance. Le due diverse configurazioni del condotto, quella di partenza e quella modificata con l’intento di aumentare il recupero di pressione allo scarico della turbina, sono quindi confrontate studiando il comportamento del flusso all’interno del diffusore con particolare attenzione alle zone caratterizzate dalla presenza di vortici e di separazione dalla parete, con l’obiettivo di individuare nuove configurazioni del sistema turbina-scarico per migliorare l’efficienza del sistema, suggerendo, in conclusione, alcuni spunti per future analisi di approfondimento.

The following thesis study analyses the exhaust system of a low-pressure steam turbine using computational fluid dynamics (CFD) techniques. The analysis was carried out through CFD simulations, employing different turbulence models and comparing the results with experimental data taken from a reference study. After generating a mesh fine enough to ensure grid-independent results, the outcomes are discussed by presenting total pressure fields, entropy fields, and velocity vector plots on the main reference planes. Once the numerical results have been validated through comparison with the experimental case, the objective of the study becomes the modification of the reference exhaust system geometry in order to improve its performance. The two different duct configurations, the baseline and the modified one, designed to increase the pressure recovery at the turbine outlet, are then compared by studying the flow behaviour within the diffuser, with particular attention to regions characterized by vortex formation and wall separation. The goal is to identify new configurations for the turbineexhaust system to improve overall efficiency, concluding with suggestions for further indepth analyses.