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Tesi etd-03212010-205026


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
PECORARI, LUCA
URN
etd-03212010-205026
Title
Studio delle prestazioni cavitanti e delle forze rotodinamiche su induttori per uso spaziale
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Supervisors
relatore Prof. D'Agostino, Luca
relatore Prof. Andrenucci, Mariano
correlatore Ing. Torre, Lucio
correlatore Ing. Pasini, Angelo
Parole chiave
  • turbomacchine
  • turbopompe
  • dinamometro
  • forze rotodinamiche
  • cavitazione
  • instabilità fluidodinamiche
Data inizio appello
20/04/2010;
Consultabilità
Parziale
Data di rilascio
20/04/2050
Riassunto analitico
Lo scopo di una turbopompa, assemblaggio di una turbina con una o più pompe, è quello di pressurizzare il liquido proveniente dal serbatoio per poi immetterlo in camera di combustione. Questo permette la diminuzione della pressione di stoccaggio dei liquidi criogenici nei serbatoi, con una conseguente riduzione di peso, e di avere pressioni in camera di combustione molto elevate, con conseguente aumento della spinta generata. Le turbomacchine, quindi, rivestono un ruolo fondamentale nei sistemi di propulsione a propellente liquido e più in generale nella propulsione aerospaziale.
L’esigenza, in campo spaziale, di ridurre i pesi ha coinvolto anche le turbomacchine, portandole a lavorare a velocità supercritiche per riuscire a soddisfare le potenze richieste; diventano estremamente rilevanti, quindi, fenomeni quali l’instabilità rotodinamica e la cavitazione.
Per limitare gli effetti deleteri della cavitazione si introduce, normalmente, a monte della pompa centrifuga un elemento che fornisce un primo incremento di pressione, evitando o perlomeno diminuendo lo sviluppo di cavitazione sulla pompa.
Diventa, quindi, di notevole importanza caratterizzare il comportamento di questo elemento, chiamato induttore, in modo da evitare l’insorgere di pericolose instabilità fluidodinamiche e rotodinamiche, spesso prevedibili con sufficiente certezza solo per via sperimentale.
In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi in cui si studia il comportamento sperimentale di due induttori della famiglia DAPAMITO, progettati sulla base di un modello teorico ideato e sviluppato dal Prof. d’Agostino e dal suo gruppo di ricerca.
Dopo una breve introduzione delle turbopompe e dei fenomeni che si sviluppano nel flusso da esse elaborato, si passa nel capitolo 2 ad una descrizione più accurata delle turbopompe, dove ne vengono evidenziate le prestazioni e le principali caratteristiche geometriche.
Nel capitolo 3, invece, vengono descritti i possibili effetti del moto di whirl sulle forze agenti su pompe e induttori: dopo un breve resoconto sulle attuali conoscenze teoriche si evidenziano i pochi risultati sperimentali, oggi noti, sulle forze rotodinamiche.
Nel successivo capitolo si riportano i principali strumenti, perlopiù di origine statistica, utilizzati per l’analisi delle instabilità fluidodinamiche.
Nel capitolo 5, dopo una breve descrizione del circuito di prova, vengono riportati i risultati sperimentali ottenuti sull’induttore DAPAMITO4, evidenziandone le prestazioni sia non cavitanti che cavitanti e studiandone successivamente le instabilità fluidodinamiche riscontrate durante la campagna di sperimentazione.
Nel capitolo 6 viene presentato il dinamometro, dispositivo utilizzato per la misura delle forze agenti sugli induttori, mostrando in particolare i risultati ottenuti durante la sua calibrazione statica e dinamica.
Nel successivo capitolo viene descritta l’operazione di equilibratura effettuata sugli induttori DAPAMITO3 e DAPAMITO4 in vista delle successive prove rotodinamiche.
Nel capitolo 8, dopo una descrizione delle modifiche apportate al circuito di prova e del metodo utilizzato per ottenere le forze rotodinamiche, vengono riportati i risultati sperimentali ottenuti sull’induttore DAPAMITO3, mostrando in particolare gli effetti della cavitazione sulle forze rotodinamiche.
Nel capitolo 9, infine, si presentano le linee guida per un possibile proseguimento dell’attività sperimentale, accennando alcune possibilità di potenziamento dell’impianto.
Tutto il lavoro presentato è stato realizzato presso il laboratorio di cavitazione di ALTA S.p.A. con la supervisione del Prof. Luca d’Agostino e degli ingegneri Lucio Torre e Angelo Pasini.

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