Ricerca

 

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Le attività di ricerca comprende argomenti sia di carattere teorico sia di carattere sperimentale con prevalenza di questi ultimi.

 

Misure di Flusso nelle Turbomacchine

Si tratta di studi sperimentali rivolti allo studio del flusso nelle turbomacchine sia operatrici che motrici.

Flusso Non-stazionario in una Turbina Assiale

Le indagini sperimentali effettuate sul doppio stadio di bassa pressione di una turbina a gas, hanno riguardato le complesse strutture tridimensionali del flusso, gli effetti di interazione potenziale fra le schiere e lo sviluppo dei flussi secondari in condizioni non stazionarie mediante l’applicazione di tecniche di misura basate sull’impiego dell’anemometro a filo caldo.

Stallo Rotante nei Compressori Assiali

L’attività sperimentale sui compressori assiali è stata avviata diversi anni fa e si è concentrata sull’analisi del flusso in condizioni di stallo rotante. Per la ricostruzione del flusso tridimensionale in condizioni di stallo rotante part-span “ad una cella” in un compressore assiale bistadio, vengono applicate tecniche d’indagine che utilizzano l’anemometro a filo caldo a singolo sensore inclinato secondo una metodologia di misura messa a punto presso il DIMECA dallo scrivente.

Flusso transonico in una schiera lineare di turbina a gas raffreddata

Le indagini sperimentali condotte nella galleria supersonica hanno permesso di determinare le prestazioni aerodinamiche di una schiera di alta pressione di turbina a gas, mediante prese di pressione statica sul profilo e traverse con sonde aerodinamiche a valle della schiera, al variare delle condizioni di funzionamento (numero di Mach e portata del fluido di raffreddamento).

Flusso non stazionario in una turbina Wells

L’attività di ricerca, iniziata negli anni ’90, su un dispositivo di conversione del moto ondoso dotato di turbina Wells, ha riguardato principalmente l’analisi del comportamento aerodinamico della turbina Wells nelle condizioni di funzionamento non stazionario, tipiche di questa tipologia di macchina. Oltre alle attività sperimentali sul dispositivo da laboratorio presente presso il DIMECA, si è recentemente avviata una fase di modellazione numerica della turbina Wells nelle condizioni di flusso non stazionario e reversibile.

 

Modellazione e Sperimentazione su Veicoli Ibridi

Questo filone di ricerca ha riguardato:

a)  la collaborazione con il Centro Ricerche Fiat (CRF) e il Consorzio Trasporti e Mobilità (CTM) di Cagliari per lo sviluppo di un sistema di propulsione ibrida per veicoli industriali leggeri nell’ambito di un progetto di ricerca industriale finanziato con la legge 297. Questa attività ha permesso di svolgere delle intense campagne di prove sperimentali su un veicolo convenzionale durante il normale servizio di trasporto pubblico per determinare le caratteristiche cinematiche dei percorsi e le reali richieste energetiche del veicolo attraverso una metodologia per la rilevazione della coppia trasmessa dall’albero di trasmissione del veicolo messa a punto dal gruppo di ricerca del DIMECA. Altre prove sperimentali su strada sono state eseguite sul veicolo ibrido, permettendo di ottimizzare la gestione dell’intero sistema anche in relazione alle specifiche richieste delle tratte da percorrere in modalità ZEV.

b)   sviluppo di un sistema idro-pneumatico per il recupero dell’energia cinetica dei veicoli durante le fasi di frenata che viene utilizzata durante le successive fasi di accelerazione. Su questo tema è stata svolta un’attività di ricerca nell’ambito del progetto PRIN-2005 che ha permesso di realizzare un banco prova sperimentale per la valutazione delle prestazioni energetiche dei sistemi di frenatura rigenerativa dei veicoli di tipo Hydraulic Launch Assist (HLA).

c)   progetto Hydrocomp, proposto per consentire la sperimentazione e il trasferimento tecnologico a distretti o cluster di imprese. che aveva l’obiettivo di realizzare accumulatori idropneumatici in materiale composito per incrementare l’energia specifica accumulabile (energia per unità di peso), e rendere più efficace la loro utilizzazione per il recupero dell’energia cinetica nei sistemi mobili.

 

Studio Numerico – Sperimentale dell’Aerodinamica delle Vele

Questa attività è stata svolta nell’ambito di un progetto di ricerca in collaborazione con il CRS4 e una piccola impresa locale specializzata nella costruzione di vele e ha riguardato lo studio numerico–sperimentale dell’aerodinamica delle vele.

Nell’ambito del progetto di ricerca è stata effettuata

a)   la progettazione e la realizzazione di un banco prova per la determinazione delle prestazioni aerodinamiche delle velature da impiegarsi su imbarcazioni della classe olimpica “Tornado”. Il banco prova consente di caratterizzare le vele in scala reale per quella classe di imbarcazioni citata, non solo dal punto di vista delle prestazioni globali, ma anche dal punto di vista puntuale mediante l’impiego di sonde aerodinamiche a valle della velatura;

b)  lo sviluppo e la messa a punto di una metodologia di prova che permette di misurare la distribuzione di pressione statica sulle vele durante le abituali condizioni di regata.

 

Analisi numerico-sperimentale su sistemi che impiegano l’energia solare

L’approfondimento delle tematiche sulle tecnologie delle energie rinnovabili riguarda sostanzialmente l’attività di ricerca svolta nell’ambito del progetto “ESATATE-LAB: Laboratorio per lo sviluppo di tecnologie solari termiche a concentrazione“. L’attività di studio ha permesso di sviluppare alcuni modelli utili per analizzare il comportamento di un impianto solare con pannelli parabolici lineari a concentrazione dotato di un sistema di accumulo termico a termoclino. In particolare gli studi hanno riguardato la scelta del fluido termovettore gassoso ad alta temperatura (550°C) più adatto ad essere utilizzato in un impianto di questo tipo e le problematiche del sistema di accumulo termico mediante termoclino. I risultati hanno messo in luce l’esigenza di una approfondita analisi delle modalità operative dell’impianto solare e di gestione del sistema di accumulo in relazione anche alle specifiche esigenze dell’utenza. La ricerca è proseguita con la realizzazione di un’apparecchiatura da laboratorio per lo studio sperimentale delle caratteristiche e delle prestazioni di un sistema di accumulo a termoclino.  Molte indagini sperimentali e simulazioni numeriche sono state effettuate per determinare le prestazioni del TES in differenti condizioni operative.

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The study and research covers topics of both theoretical and experimental character with a predominance of the latter.

 

Flow Measurements in Turbomachinery

The experimental studies are directed to analyse the flow in driving and operating turbomachinery.

Non-steady flow in axial turbine

The experimental investigations carried out on a two-stage low pressure gas turbine, have put in evidence the complex three-dimensional structure of the flow, the effects of potential interaction between the rotor and stator blade rows and the development of secondary flows for non-stationary flow conditions by application of specific measurement techniques with the hot wire anemometer.

Rotating Stall in Axial Compressors

Experimental investigations on axial flow compressors were started several years ago and have focused on the flow analysis under rotating stall conditions. For the reconstruction of the three-dimensional flow, during rotating stall condition with one cell part-span in a two-stage axial compressor, measurements with a slanted hot wire anemometer with the  technique of multi-rotations has been developed at the DIMECA by the writer.

Transonic flow in a gas turbine cooled cascade

The experimental investigations conducted in the supersonic wind tunnel have allowed to determine the aerodynamic performance of a high pressure gas turbine cascade by means the pitchwise traversing of aerodynamic probes downstream of the cascade by varying the operating conditions (Mach number and blowing ratio).

Non-stationary flow through an axial turbine

The research activity started in the ‘90s on a conversion device of the wave motion equipped with a Wells turbine, has been mainly concentrated on the aerodynamic behaviour of the Wells turbine operating with a reversible unsteady air flow. These conditions of operation are the real ones that typically affects this type of machine. Recently the experimental activity has been accompanied by CFD simulations in order to take into account the non-stationary operating conditions of the Wells turbine affected by a reversible flow.

 

Numerical modeling and experimental investigations of hybrid vehicles

This research concerned:

a)   the cooperation with the Center of Research of Fiat group (CRF) and the Consortium of Transportation and Mobility of Cagliari (CTM) to develop a hybrid propulsion system for light industrial vehicles inside the industrial research project financed by the Italian Ministry of the University and of the Research (MIUR) with the 297 law. This activity allowed to perform many campaigns of experimental investigations on a conventional vehicle during regular public transport service in the city of Cagliari. These activities allowed to define the kinematic characteristics of the paths considered and the real energy requirements of the vehicle through an experimental methodology developed by the DIMECA research group for measuring the torque transmitted by the axle of transmission to the wheels. Other experimental measurements were carried out on the road with a hybrid vehicle, thus optimizing the management of the overall system in order to take into account the specific energy request of different routes that must be performed in ZEV mode.

b)   the development of a hydro-pneumatic circuit for the regenerative braking of the vehicle which stores the kinetic energy of the vehicle during the braking phases that will be recovered during the following phases of acceleration. In this regard research activity has been developed within the project PRIN 2005 which allowed to build a test rig for the experimental evaluation of the energy performance of a regenerative braking system of the type Hydraulic Launch Assist (HLA).

c)   the project Hydrocomp proposed to allow the experimentation and the technology transfer to districts or clusters of industries, is aimed to design and build hydro-pneumatic accumulators in carbon fiber e/o composite material to increase the specific energy stored (energy for unit of mass) and make more efficient its use for kinetic energy recovery in mobile systems.

 

Numerical and experimental analysis of sails aerodynamics

This activity has been developed inside a research project in cooperation with CRS4 and a small local industry specialized on sails construction and concerned the numerical and experimental investigation on sails aerodynamics.

During the project the following items have been performed:

  1. Design and construction of a test rig for the aerodynamic performance evaluation of sails used on boats of the Olympic class “Tornado”. The test rig allows performing experimental test on sails in real scale in order to obtain not only their gross performance but also local flow information downstream of the sails using aerodynamic probes.
  2. Development of a test methodology for measuring the static pressure on the surfaces of the sail during normal sailing conditions.

 

Experimental and numerical analysis of solar energy systems

Advancing issues on renewable energy technology concerns the research carried out under the project “ESATATE-LAB: Laboratory for the development of concentrating solar thermal technologies”.

In this research activity numerical models to simulate the behavior of a parabolic trough solar collector and a thermal energy storage system with thermocline have been developed. Specific studies have concerned the choice of the best  operating gaseous fluid at high temperature (550°C) for this type of solar power plant and the problems related to the thermocline storage system. Results have put in evidence the needs of an accurate analysis of the different operating conditions of the solar power plant and the management of the storage system considering the specific requests of the user.

An experimental set-up has been designed and built to study the thermal behaviour at different operating conditions of a thermocline storage system (TES). Several numerical  simulations and experimental investigations have been perfomed to evaluate the performance of the TES at different operating conditions.

 

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