Messa a punto del setup sperimentale e caratterizzazione delle condizioni di riferimento per lo studio dell'interazione tra scie periodiche e bolla di separazione laminare

Abstract

La presente tesi analizza sperimentalmente i fenomeni di transizione dello strato limite e di separazione che si verificano su profili aerodinamici rappresentativi delle palette di una turbina di bassa pressione (Low Pressure Turbine, LPT e compressori). L’interesse verso tale fenomeno nasce dalla crescente necessità di incrementare l’efficienza delle moderne turbomacchine attraverso la riduzione del numero di palette e il conseguente aumento del carico aerodinamico, condizione che può favorire la separazione sulla superficie di aspirazione e determinare un incremento delle perdite aerodinamiche. In tale contesto, il lavoro si concentra sull’influenza di perturbazioni periodiche provenienti da monte sull’evoluzione dello strato limite, con particolare riferimento alla formazione, allo sviluppo e al riattacco della bolla di separazione laminare. L’attività sperimentale è stata condotta considerando differenti numeri di Reynolds e diversi livelli di gradiente avverso di pressione. Il confronto tra condizioni stazionarie e forzate periodicamente ha permesso di caratterizzare l’effetto dell’instazionarietà sulla separazione e sulla transizione laminare-turbolenta, evidenziando come la risposta dello strato limite dipenda significativamente dalle condizioni operative considerate.

This thesis experimentally investigates boundary-layer transition and separation phenomena occurring over aerodynamic profiles representative of low-pressure turbine (LPT and compressors) blades. The interest in this topic arises from the increasing need to improve the efficiency of modern turbomachinery through a reduction in the number of blades and the consequent increase in aerodynamic loading, which may promote flow separation on the suction side and lead to higher aerodynamic losses. Within this context, the present work focuses on the influence of periodic upstream perturbations on boundary-layer evolution, with particular attention to the formation, development, and reattachment of the laminar separation bubble. The experimental activity was carried out under different Reynolds numbers and adverse pressure-gradient conditions. The comparison between stationary and periodically forced configurations allowed the effects of unsteadiness on flow separation and laminar-to-turbulent transition to be characterized, highlighting the significant dependence of boundary-layer response on the operating conditions considered.