Progettazione e caratterizzazione fluidodinamica di un diffusore a geometria variabile per uso didattico

The object of this thesis is the modification of an educational test bench, built for the acquisition of the operating curves of a centrifugal fan and of a circular section diffuser having a 8° divergence angle. The changes to be made were on the diffuser, which had to be modified in order to have an adjustable section. The educational test bench is composed by a centrifugal fan, whose inlet is connected to a diffuser. On the bench are installed pressure and temperature sensors, torque gauges, rotation speed sensors, all of them monitored by means of a Labview software. The purposes of the bench are calculating the efficiency and showing the mass flow-prevalence curves of the fan, through the acquisition of the in-flow pressure. Another purpose is showing on a chart the evolution of the actual pressures in the subsonic diffuser. Comparing that to an ideal expantion, the efficiency is calculated. The main activities in the thesis were: - design of the adjustable section diffuser and aeraulic channel, with the purpose of minimizing local and distribuited pressure losses; - development and test of a software for the simulation in stationary state of the air diffusion, according to room, subsonic and incompressible conditions, for different operating states of the fan and for different diverging angles of the diffuser; - grafic rappresentation and analysis of the overall results and of the dimensionless coefficients, which describe diffuser performance, according to different Reynolds numbers and diverging angles; - implementation of the diffusing system; - modification of the measurement acquisition and analysis system; - adding of the boundary layer aspiration system and experimental evaluation of the impact on the diffuser’s efficiency; - comparison between simulation and experimental results.

L’obiettivo di questa tesi è quello di modificare un banco di prova per uso didattico, realizzato per il rilevamento delle curve caratteristiche di un ventilatore centrifugo e delle curve di funzionamento di un diffusore a sezione circolare con semiapertura 4°. Le modifiche da apportare sono stati sul diffusore, il quale avrebbe dovuto essere cambiato e reso a geometria variabile. Il banco prova didattico è costituito da un ventilatore centrifugo alla cui mandata è collegato un diffusore. Il banco è stato strumentato con prese di pressione, di temperatura, indicatori di coppia e velocità di rotazione acquisiti ed elaborati mediante un software scritto nel linguaggio grafico Labview. La finalità del banco, oltre a quelle di rappresentare le curve caratteristiche (o di funzionamento) del ventilatore in termini di portata e prevalenza, rilevando le pressioni d’aspirazione e mandata del ventilatore e di ricavare il rendimento, è anche di illustrare il funzionamento di un diffusore subsonico. Viene, infatti, rappresentato su un grafico l'andamento delle pressioni effettive nel diffusore. Dal confronto con un'espansione ideale se ne ricava l’efficienza. Le principali attività della tesi sono state: - dimensionamento e progettazione del diffusore con pareti mobili e del circuito aeraulico, finalizzato alla minimizzazione delle perdite di carico distribuite e concentrate; - studio ed utilizzo di un codice di calcolo per la simulazione in regime stazionario della diffusione dell’aria in condizioni ambiente, subsoniche ed incomprimibile, per diversi punti di funzionamento del ventilatore e diverse aperture del diffusore; - rappresentazione grafica e analisi dei risultati complessivi e dei coefficienti adimensionali che caratterizzano il diffusore per diversi numeri di Reynolds ed angoli di apertura; - realizzazione del sistema di diffusione; - modifiche al sistema di misure e di acquisizione ed analisi dati; - aggiunta di un sistema d’aspirazione dello strato limite e valutazione sperimentale della sua influenza sulle prestazioni del diffusore; - confronto dei risultati ottenuti dalle simulazioni con quelli acquisiti sperimentalmente.