Compressibility effect on the flow field downstream of an axial turbine stator

In order to improve the efficiency of Gas Turbines for propulsion and power generation, a better knowledge of the flow physics inside the turbomachine plays an important role. Thanks to this knowledge, it’s possible to define important tools able to improve the design and the operating control conditions of the turbomachine. A wide experimental campaign (and subsequently a numerical analysis) is needed, and for this reason the Energy Department of Politecnico of Milan makes available at the LFM the High Speed Test Bench in order to study the flow physics in an axial turbine stage, representative of a modern high-pressure turbine able to operate in both subsonic and transonic condition. The goals of this thesis work are to evidence and discuss the experimental results obtained in different operating conditions, with different expansion ratios and the same incidence angle upstream the rotor cascade. The direct effects of the different expansion ratio, that actually change the Mach numbers (and so the compressibility of the flow) and the Reynolds numbers will be discussed.

Al fine di migliorare l’efficienza delle turbine a gas destinate alla produzione di energia o per la propulsione, una migliore comprensione dei meccanismi fisici presenti all’interno della macchina svolge un ruolo importante. Grazie a questa conoscenza, é possibile costruire e definire degli strumenti tali per cui si ha una progettazione piú efficiente delle macchine in questione, permettendo inoltre un maggiore controllo sulle diverse condizioni operative. Per raggiungere questo obiettivo é necessaria un’ ampia ricerca (sperimentale e successivamente numerica), ed é per questo che il Politecnico di Milano mette a disposizione il banco prova TC (turbina e compressore) ubicato nel laboratorio di fluidodinamica delle macchine (LFM) del Dipartimento di Energia grazie al quale é possibile studiare la fisica dei flussi in uno stadio di turbina assiale in differenti condizioni operative (sia subsoniche che transoniche), inoltre, lo stadio di turbina sotto analisi simula un moderno stadio ad alta pressione di turbina assiale. Il lavoro di tesi in questione mirerá alla presentazione e discussione dei risultati sperimentali ottenuti in condizioni operative con diversi rapporti d’espansione ma con lo stesso angolo di incidenza sulla schiera. Gli effetti diretti dei diversi rapporti di espansione, i quali cambiano i numeri di Mach (e quindi la comprimibilitá del flusso) e i numeri di Reynolds, saranno esposti e commentati.