Ottimizzazione di forma di pale di turbina centrifuga ORC mediante l'impiego di algoritmi evolutivi

Gli Organic Rankine Cycle sono oggigiorno una tecnologia matura e competitiva, capace di sfruttare in modo efficiente fonti a temperatura medio-bassa come l’energia solare, quella geotermica la biomassa ed il calore recuperato dai processi industriali. L'efficienza globale dell’impianto dipende in modo consistente dalle prestazioni dell'espansore installato: le turbine maggiormente utilizzate sono quelle assiali o quelle centripete, ampiamente studiate, ma caratterizzate da basse prestazioni e scarsa flessibilità a causa delle condizioni transoniche che si vengono ad instaurare per l'impiego di fluidi organici. In impianti di taglia medio-alta l'architettura centrifuga, innovativa ma priva di una letteratura valida ed affidabile, potrebbe portare numerosi benefici. Gli obiettivi di questo lavoro sono l’ottimizzazione di alcune schiere di una turbina radiale out-flow e la conseguente ricerca di criteri di progetto robusti e generalizzabili a tutte le macchine centrifughe. Per ottenere quanto dichiarato, ci si avvarrà del software in-house "Blade-Shape Optimization Tool" che, ricevuti in ingresso un profilo di pala e le variabili del problema, è in grado di ottimizzarne la fluidodinamica Blade-to-Blade secondo una funzione obiettivo scelta dall'utente. La parametrizzazione geometrica avviene tramite curve B-Spline; l'ottimizzazione, operata tramite Algoritmo Genetico, si basa sulla costruzione di un modello surrogato Kriging che approssima la vera relazione tra geometria del profilo e prestazioni, al fine di ridurre l’onere computazionale del problema. L'accuratezza della soluzione è garantita dalla risoluzione del flusso quasi 3D e completamente turbolento operata tramite un codice CFD commerciale e basata sull'approccio Look-Up Table, ove necessario, per un calcolo termodinamico attendibile. I risultati ottenuti mostrano che risulta estremamente conveniente effettuare ottimizzazioni direttamente in schiera radiale: i profili assiali, anche se trasformati in modo conforme ed ottimizzati in modo parametrico, non sono in grado di sfruttare appieno i vantaggi che l’architettura centrifuga, cosa che, invece, i profili progettati ad-hoc riescono a fare efficientemente.