Sviluppo numerico e validazione sperimentale di un modello di ugelli nebulizzatori di olio lubrificante per un codice di calcolo di compressori a palette

This thesis discerns about a numerical and experimental study on a slinding-vane rotary compressor. This compressor features a lubricating oil injection system generating a fine atomization. In this way, the heat transfer from the air to the oil is maximized and the compression work is reduced accordingly. Indeed, the purpose of this work is to develop an injection model in order to describe the quantity and the diameter distribution of oil droplets and quantify the heat trasnfer inside compression chambers. This model describes three different nozzles: plain orifice, hollow cone pressure-swirl and full cone pressure-swirl. Then, the injection model is implemented in a simulation software and validated with an averege error of 6.4%. Moreover, the Particle Dynamics Analysis, an experimental laser technique for mesurement of droplet dimensions, is discussed and analized developing a code that computes several statistical parameters of sprays. Furthermore, an experimental campaign is performed to evaluate the performance of a new stator for the same compressor. The idea behind the design of this new stator was to increase the air flow rate. This stator features 4 holes that increase the intake section by 25% and a new layout of intake ports. The use of the new stator shows an increase of air flow rate by 4.1% and an increase of absorbed electric power by 0.22%. The actual benefit is quantified by the absorbed specific power that decreases by 6.4%.

Il presente elaborato presenta uno studio numerico e sperimentale condotto su un compressore a palette dotato di un innovativo sistema di iniezione di olio lubrificante. L'olio, iniettato sotto forma di spray grazie a degli ugelli nebulizzatori, modera termicamente il processo di compressione e riduce così l'energia spesa dalla macchina. Per caratterizzare lo scambio termico aria-olio, risulta fondamentale conoscere la dimensione delle gocce nebulizzate. A tal fine è stato sviluppato un modello di iniezione che caratterizza tre diverse tipologie di ugelli (plain orifice, pressure-swirl a cono vuoto e pressure-swirl a cono pieno) nei termini di portata di olio iniettato e dimensioni delle gocce prodotte. Tale modello, basato su un'approfondita ricerca bibliografica, viene implementato in un codice di simulazione per compressori a palette e viene validato tramite il confronto con dei dati sperimentali ottenendo un errore medio del 6.4%. Lo studio del processo di atomizzazione è stato approfondito anche da un punto di vista sperimentale, con lo studio della tecnica laser PDA (Particle Dynamics Analysis) per la misura delle dimensioni delle gocce nebulizzate, e l'implementazione di un codice che automatizza l'analisi dei dati sperimentali ricavati con tale tecnica. Parallelamente viene condotto uno studio sperimentale per valutare i benefici associati ad un nuovo statore, progettato con l'intento di aumentare la portata di aria aspirata dal compressore. Lo statore in questione si distingue da quello tradizionale per la presenza di quattro fori, che aumentano la superficie di aspirazione del 25%, e per la diversa configurazione delle luci di aspirazione, che offrono all'aria aspirata un percorso con minori ostacoli fino al primo vano chiuso del compressore. Passando dallo statore tradizionale allo statore innovativo, si è riscontrato un aumento della portata aspirata del 4.1% e un aumento della potenza elettrica assorbita pari allo 0.22%. Il reale vantaggio connesso al nuovo statore viene quantificato nei termini di potenza specifica assorbita, che diminuisce del 6.4%.