Analisi sperimentale degli effetti di diversi dispositivi di controllo dei flussi secondari sulle prestazioni di una schiera di turbina aeronautica

Abstract

La presente tesi si concentra sull’analisi sperimentale di diversi dispositivi passivi di controllo e mitigazione dei flussi secondari volti a migliorare le prestazioni di una schiera palare di turbina di bassa pressione per applicazione aeronautica al fine di ottimizzare l’efficienza complessiva del motore. In particolare, lo scopo dell’elaborato consiste nello studiare l’effetto sinergico di due dispositivi, ridges, creste installate sull’endwall, e fences, strutture a mensola applicate sulla superficie palare, per ridurre le strutture vorticose secondarie e le relative perdite, rispetto a una schiera base, priva di dispositivi di controllo, e una schiera con sole ridges installate sull’endwall. Per analizzare come le prestazioni aerodinamiche della schiera in esame varino con l’applicazione di questi dispositivi, sono stati condotti diversi test sperimentali nella galleria del vento installata presso il laboratorio di Aerodinamica e Turbomacchine dell’Università di Genova, investigando dapprima la schiera base, successivamente la schiera con le ridges all’endwall e infine la schiera con l’applicazione combinata di ridges e fences.

The present thesis focuses on the experimental analysis of various passive devices for the control and mitigation of secondary flows, aimed at improving the aerodynamic performance of a low-pressure turbine cascade for aeronautical application, with the ultimate goal of enhancing the overall engine efficiency. In particular, the objective of the work is to investigate the synergistic effect of two devices, ridges, i.e. crest,-like features installed on the endwall, and fences, shelf-type structures mounted on the blade surface, on the reduction of secondary vortical structures and the associated losses, in comparison with both a baseline cascade (with no control devices) and a configuration equipped solely with endwall ridges. To evaluate how the aerodynamic performance of the cascade changes with the implementation of these devices, several experimental campaigns were conducted in the wind tunnel of the Aerodynamics and Turbomachinery Laboratory at the University of Genoa. The investigation proceeded by first analysing the baseline cascade, then the cascade with endwall ridges, and finally the configuration combining endwall ridges and blade mounted fences.