Analisi CFD del funzionamento in condizioni di fuori-progetto di una turbina assiale

Abstract

In questo lavoro sono state condotte analisi numeriche, mediante il software dedicato alle turbomacchine Cadence NUMECA FINETM/Turbo, che hanno consentito di simulare il funzionamento e le prestazioni di una turbina assiale composta da uno stadio e mezzo installata presso l’Università Tecnica di Aachen (Germania). Lo sviluppo del modello computazionale ha richiesto l’individuazione di una griglia di calcolo opportuna e di un modello di turbolenza compatibile con le esigenze di questa simulazione. La significatività del modello è stata verificata confrontando i risultati numerici ottenuti in condizioni di progetto con quelli ottenuti sperimentalmente nelle stesse condizioni presso il centro di Aachen. L’esito positivo di questo confronto ha permesso di estendere, con sufficiente affidabilità, l’utilizzo del modello all’analisi delle prestazioni della macchina in condizioni di fuori-progetto, per le quali non si disponeva di dati sperimentali. Le condizioni di funzionamento più rilevanti sono state approfondite per comprendere gli effetti delle condizioni al contorno sul funzionamento della macchina ed infine sulla sua efficienza.

In this work, numerical analyses were conducted using the dedicated turbomachinery software Cadence NUMECA FINETM/Turbo. These analyses allowed simulating the operation and performance of an axial turbine consisting of one and a half stages, installed at the Technical University of Aachen (Germany). The development of the computational model required identifying an appropriate computational grid and a turbulence model compatible with the needs of this simulation. The significance of the model was verified by comparing the numerically obtained results under design conditions with the experimentally obtained results under the same conditions at the Aachen center. The positive outcome of this comparison allowed extending the use of the model with sufficient reliability to analyze the machine's performance under off-design conditions, for which no experimental data were available. The most relevant operating conditions were investigated to understand the effects of boundary conditions on the machine's operation and, ultimately, its efficiency.