B027485 - TURBINE A GAS INDUSTRIALI E AERONAUTICHE

italiano/inglese

1-Impianti di potenza
Tendenze sviluppo Turbine A Gas , Sistemi di combustione nelle TAG,
Off-design TAG e Cicli combinati ed altri impieghi industriali
2-Scambio Termico e Combustione nelle Turbine a gas
Raffreddamento (Impingement e Turbolatori), Protezione (Film cooling e
Barriera termica), Sistemi aria secondaria e tenute, Camere di
combustione,

Per i contenuti si prega di consultare l'omonimo insegnamento del percorso ENERGIA

H.Saravanamuttoo, G.Rogers, H.Cohen "Gas Turbine Theory"
Pearson Education Limited 2009
J.C Han; S. Dutta and S.V. Ekkad " GAs Turbine Heat Transfer and Cooling
Technology" Taylor&Francis; New York, 2000.
B. Lakshminarayana; "Fluid Dynamics and Heat Transfer of
Turbomachinery". Jhon Wiley and Sons; New York, 1996.
Arthur H. Lefebvre "Gas Turbine Combustion"; Taylor&Francis; New York,
Lezioni disponibili, in inglese, su Moodle https://e-l.unifi.it/ nella sezione specifica del corso

L’obiettivo del corso è fornire le conoscenze riguardo alle Turbine
a Gas in generale per i diversi impieghi terrestri specifici
approfondimenti sono dedicati alle
problematiche termiche e a quelle connesse ai processi di combustione
CAPACITA' ACQUISITE AL TERMINE DEL CORSO:
Saper valutare le prestazioni di un impianto di potenza basato su turbina a gas, in condizioni reali di funzionamento.
Conoscere e confrontare diverse tipologie di impianto di potenza.
Saper definire una problematica termica in una turbina a gas.
Individuare le metodologie di calcolo per la determinazione del
carico e dello stato termico di un componente ai fini della procedura di
progetto e/o verifica del medesimo. Saper selezionare adeguati sistemi
per il contenimento del carico termico di un componente. Saper definire
un sistema di combustione in una turbina a gas. Individuare le
metodologie di calcolo per la progettazione di massima di un combustore
e la valutazione del suo stato termico. Saper selezionare adeguati schemi
di combustione ed i relativi sistemi per il contenimento del carico
termico del componente.
In riferimento alle conoscenze (CC) identificate per il CdS si fa riferimento ai seguenti descrittori:
cc1: Approfondimento conoscenze in ambito energetico ed elettrico, cc2: Strumenti per la modellazione dei sistemi energetici/meccanici/propulsivi e loro ruolo a supporto dell’analisi e progettazione di sistemi e componenti. La comprensione dell’organizzazione dell’informazione in basi di dati e della progettazione informatica a supporto dei processi, cc5: Fluidodinamica applicata e macchine: componenti di macchine e sistemi di conversione dell’energia, propulsivi e principi di progettazione: dall’approccio 0D base alla CFD per la progettazione avanzata (ottimizzazione)., cc6: Principi e problematiche dello scambio termico nelle macchine e impianti in sistemi e componenti di macchine e impianti di conversione energetica: tecniche di modellazione e simulazione computazionale. Metodologie di progettazione, gestione e controllo ottimizzati delle reti di scambio termico., cc7: Misura dei parametri operativi, prestazioni ed emissioni dei componenti e sistemi di conversione energetica: tecniche e tecnologie standard ed avanzate. Catene di misura, strumenti e tecniche per il rilevamento delle grandezze termofluidodinamiche di maggiore interesse, incertezze strumentali e propagazione,
Mentre in riferimento alle competenze acquisite (CA) identificate per il CdS si fa riferimento ai seguenti descrittori:
ca1: Analisi e modellazione di componenti e sistemi meccanici/elettrici/propulsivi: problemi e modelli alla base dell'ingegneria industriale, con particolare riferimento all'ingegneria meccanica ed energetica., ca3: Progettare, analizzare, pianificare e gestire sistemi di conversione energetica, e il loro impatto ambientale ed impianti di servizio e di processo anche complessi e/o innovativi, ca5: Identificare, formulare e risolvere problemi di ingegneria industriale, in particolare energetica., ca8: Tecnologie degli impianti, componenti e dei processi e metodi dell'ingegneria, implicazioni economiche, ca9: Combinare teoria e pratica per risolvere problemi di ingegneria multidisciplinari, ca10: Abilità comunicative per comunicare e trasferire informazioni, idee, soluzioni a specialisti e non, in italiano e inglese

Nozioni di sistemi energetici e turbomacchine con particolare riferimento
ai cicli con tubina a gas e alle turbine a gas multistadio. Nozioni di
scambio termico convettivo e per irraggiamento. Fondamenti di
conduzione del calore. Fondamenti di combustione. Nozioni di calcolo
numerico e tecniche di sperimentazione

Lezioni, esercitazioni in aula e laboratori con attività in piccoli gruppi. Visite guidate presso industrie e laboratori.

La sezione 1 del corso è condivisa con l'insegnamento TURBINE A GAS INDUSTRIALI ED AERONAUTICHE erogato per il CdS LM Ingegneria Energetica e CdS in Ingegneria Meccanica (I livello)

La sezione 2 del corso corrisponde al corso LM Ingegneria
Energetica e Meccanica "Scambio Termico e Combustione nelle
Macchine" (per 2 CFU) le restanti sezioni sono tenute nel componente fittizio B e nel componente fittizio C.
L'iscrizione all'esame è obbligatoria per accedere agli appelli o agli
eventuali prolungamenti, solo in caso di manifesti malfunzionamenti del
sito presentarsi la mattina dell'appello in ORARIO per farsi inserire nella
lista, che viene improrogabilmente chiusa entro un'ora dall'apertura
dell'appello.
Gli appelli sono aperti anche agli studenti di ordinamenti disattivati per i corsi con medesima o similare
denominazione.

Laboratorio di analisi termofluidodinamica (numerica,sperimentale progettuale) di componenti di macchina ad alta temperatura-
Laboratorio di modellazione di turbine a gas -
Prova Orale
Nel Laboratorio di Analisi Termofluidodinamica gli studenti in piccoli gruppi (3-4) affrontano dei casi specifici di studio di componenti ad alta temperatura (pale turbina, dischi, combustori) scegliendo fra approccio numerico (CFD), indagine sperimentale e approccio progettuale (modelli semplificati 1-0D).
Nel Laboratorio di modellazione di Turbine a gas gli studenti in piccoli gruppi (3-4) affrontano dei casi specifici di studio di impianti con turbina a gas con modelli numerici OD dei diversi componenti. I laboratori si tengono nell'ultimo mese del corso durante il quale non si tengono lezioni frontali.
Nella prova orale si discutono gli elaborati prodotti nei Laboratori cui si aggiunge una domanda teorica articolata sugli argomenti trattati a lezione.
Nel Laboratorio di analisi termofluidodinamica si evidenziano le cc 2,5,6,7 in un contesto indirizzato al problem solving (cc 10), dalla discussione degli esiti inoltre devono emergere le ca 2,4,5,6 in un contesto multidisciplinare (ca9) con adeguate capacità di presentazione (ca10).
Nel Laboratorio di modellazione di impianti si evidenziano le cc 1,2 in un contesto indirizzato al problem solving (cc 10), dalla discussione degli esiti inoltre deve emergere la ca 1con adeguate capacità di presentazione (ca10). Nel corso della domanda orale si accertano in particolare le cc in forma più teorica (1,2,5,6,7) e si richiedono adeguate capacità nel trattare gli argomenti discussi a lezione (ca 1,2,4,6)
N.B. Per la definizione di cc e ca si veda la sezione Obiettivi Formativi.


I Laboratori sono seguiti dai codocenti delle sezioni B e C del corso

Appelli previsti:
11 Gennaio 2021
1 Febbraio 2021
22 Febbraio 2021
14 Giugno 2021
28 Giugno 2021
19 Luglio 2021
13 Settembre 2021





per iscriversi utilizzare l'apposito servizio si
prenotazione esami gestito da CSIAF/UNIFI. http://sol.unifi.it

1- Impianti di potenza.
Tendenze di sviluppo delle turbine a gas negli impianti di potenza (cicli
alta temperatura, cooling system)
Sistemi di combustione nelle TAG per impianti di potenza
Cicli misti e configurazioni non convenzionali TAG (Cheng, STIG, serie H,
Intercooled, rigenerativi)
Comportamento off-design TAG (effetti ambiente, avviamento, carico
parziale, sistemi di regolazione, gestione combustori DLN)
Cicli combinati e loro comportamento in off design (regolazione pressione
costante /pressione segue)
Modellazione avanzata degli impianti di potenza e analisi applicative
2- Scambio termico e combustione nelle macchine.
- Introduzione (1)
- Richiami: Criteri di analisi e simulazione dello scambio termico. Analisi
monodimensionale e correlazioni.
- Caratteristiche e descrizione dei principali sistemi di raffreddamento
- Convenzione in condotti
- Impingement
- Turbolatori (Ribs e Pin fin)
- Caratteristiche e descrizione dei principali sistemi di protezione
- Film cooling
- Barriera termica
- Sistemi di raffreddamento per turbina a gas.
- Il raffreddamento delle palettature nelle TAG.
- Applicazioni ai sistemi statorici e rotorici
- Sistemi aria secondaria e tenute .
- Le camere di combustione di turbina a gas
- Il processo di combustione, modalità diffusiva e parzialmente
premiscelata
- Classificazione e dimensionamento dei combustori
- Dimensionamento 0-D e determinazione della temperatura ed
emissività dei prodotti di combustione; modellistica a reattori.
- Determinazione dei carichi radiativi
- Problematiche dei combustori DLN
- Classificazione e criteri di dimensionamento di liner di camere di
combustione delle turbine a gas.
- Dimensionamento 0-D
- Definizione dei sistemi di raffreddamento
- Soluzioni convettive (ribs e impingement)
- Sistemi di protezione a film ed effusion
- Uso delle barriere termiche
- Attuali tendenze di sviluppo