Calibration campaign and uncer tainty analysis for unsteady mea surements in a highly-loaded axial compressor stage

Calibration is a primary and fundamental component of any experimental campaign in order to have a reliable measurement. The purpose of this thesis is describing the calibration procedure for a single-hole fast response pressure probe and for the hot wire probes. Both instruments are suitable for performing unsteady flow measurements inside turbomachinery, in this specific case inside the Dream compressor stage in R4 facility at von Karman institute for Fluid Dynamics (VKI). The work done for the fast response pressure probe concerns; static calibration, so as to establish a relationship between the output voltage signal and pressure, angular calibration, so as to capture the direction of flow, and finally dynamic calibration, to evaluate the behavior of the probe in the frequency domain. The hot wires will be used in the experimental campaign to measure the flow velocity magnitude and direction within the stage, so a calibration procedure is provided here in dimensionless form aimed at characterizing the dependence of the output signal on the velocity, temperature, and density of the flow. An angular calibration is also performed for hot wire probes. Finally, a procedure based on the ASME methodology is used to calculate the calibration uncertainties of the fast response pressure probe, while a calibration uncertainty analysis based on the Monte Carlo method (MCM) is chosen for the hot wire probes.

La calibrazione è una componente primaria e fondamentale di qualsiasi campagna sperimentale per ottenere una misura affidabile. Lo scopo di questa tesi è descrivere la procedura di calibrazione di una sonda di pressione a risposta rapida con un singolo sensore e di due sonde a filo caldo. Entrambi gli strumenti sono adatti a misurare flussi instazionari all'interno di turbomacchine, in questo caso specifico all'interno dello stadio del compressore Dream nell'impianto R4 del von Karman Institute for Fluid Dynamics (VKI). Il lavoro svolto per la sonda di pressione a risposta rapida riguarda: la calibrazione statica, in modo da stabilire una relazione tra il segnale di uscita e la pressione, la calibrazione angolare, in modo da cogliere la direzione del flusso, e infine la calibrazione dinamica, per valutare il comportamento della sonda nel dominio della frequenza. Le sonde a filo caldo saranno utilizzate nella campagna sperimentale per misurare il modulo e la direzione della velocità del flusso all'interno dello stadio, pertanto viene qui fornita una procedura di calibrazione in forma adimensionale volta a caratterizzare la dipendenza del segnale di uscita dalla velocità, dalla temperatura e dalla densità del flusso. Viene inoltre eseguita la calibrazione angolare per le sonde a filo caldo. Infine, per calcolare le incertezze di calibrazione della sonda di pressione a risposta rapida viene utilizzata una procedura basata sulla metodologia ASME, mentre per le sonde a filo caldo viene scelta un'analisi dell'incertezza di calibrazione basata sul Metodo Monte Carlo (MCM).