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Tesi etd-06122019-223436


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
CARLESI, TOMMASO
URN
etd-06122019-223436
Title
Experimental and numerical analysis of the flow inside cooling system of gas turbines
Struttura
INGEGNERIA DELL'ENERGIA, DEI SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSTRUZIONI
Corso di studi
INGEGNERIA ENERGETICA
Supervisors
relatore Prof. Desideri, Umberto
relatore Ferrari, Lorenzo
Parole chiave
  • piv
  • U-bend
  • bend
  • water piv
  • cooling system
  • gas turbines
  • turbine a gas
  • vki
  • openfoam
Data inizio appello
04/07/2019;
Consultabilità
Secretata d'ufficio
Riassunto analitico
ENGLISH
The U-bend part in cooling systems of gas turbines is responsible for up to 25% of the total pressure drop in the channels. In order to increase the efficiency and to reduce the air bled from the compressor for cooling, it is very important to optimize the shape of this part. In order to do this, water planar PIV (Particle Image Velocimetry) and pressure measurements at Re = 30000 are carried out in this work at the Von Karman Institute for Fluid Dynamics, as well as numerical simulations with OpenFoam. In this first part of the work of optimization, just the standard shape of the bend is studied. Comparisons between experimental and numerical results with other works in literature are realized, finding good agreement with the flow field on different sections, the turbulent kinetic energy, and the velocity profiles. The recirculation bubble length is another important parameter compared because the U-bend pressure drop is mainly concentrated there. Future developments can consist of a similar study carried out on the optimized U-bend shape (found thanks to numerical techniques in other works) and a deep study over the heat transfer in the bend.

ITALIANO
L'U-bend è la sezione dei sistemi di raffreddamento delle turbine a gas responsabile di circa il 25% delle perdite di pressione totali. Risulta quindi di primaria importanza riuscire a ottimizzare la sua forma per aumentare l’efficienza dell’intera turbina diminuendo l’aria prelevata dal compressore destinata al raffreddamento. Con questo scopo, in questo lavoro svolto al Von Karman Institute for Fluid Dynamics sono state effettuate misure PIV (Particle Image Velocimetry) in acqua e misure di pressione a Re = 30000 che validassero le simulazioni numeriche svolte con OpenFoam. Essendo questa la prima parte del lavoro, è stata analizzata soltanto la forma standard dell’U-bend e non quella ottimizzata. Numerosi confronti tra risultati sperimentali, numerici e di letteratura sono stati svolti, trovando in generale un buon accordo per quanto riguarda il campo di moto su diverse sezioni, l’energia cinetica turbolenta e i profili di velocità. Un altro parametro molto importante analizzato è la bolla di ricircolo (in particolare le sue dimensioni) perché in essa è concentrata la maggior parte della perdita di pressione registrata nell’U-bend. Futuri sviluppi per questo lavoro possono riguardare sia misure e set up simili svolti sulla forma ottimizzata, sia studi approfonditi riguardanti lo scambio termico all’interno dell’U-bend.
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