Caratterizzazione sperimentale di un getto con swirl mediante tecnica stereo-PIV

The following thesis describes the study of the flow field of a isothermal jet through the Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV) technique, which extract the out-of-plane velocity component. The initial part has been dedicated to the development of this technique, acting on the geometrical configuration of the system and on the parameters of each camera in order to ensure the best image quality and the best measurement accuracy. Subsequently, an analysis has been performed using the SPIV system on a free swirling jet varying the swirl degree. The latter has been quantified by the Swirl number. This number is evaluated by a numerical integration of the experimental profiles of the axial and tangential velocity components. As expected, we observe the formation of vortex breakdown for high Swirl numbers (S> 0,85). Finally the results of the SPIV tests have been compared with those obtained in previous works by the PIV and LDV techniques, where the same jet was confined by the walls of the combustion chamber. By the comparison of the different velocity profiles measured at the outflow of the burner (where the effect of the confinement is minimal) a good agreement between the various methods of measurement has been found. In addition, the PIV shows an overestimation of the RMS values of the individual components of velocity, compared to those measured by SPIV and this is due to the perspective error concerning the PIV technique (with Stereo).

La seguente tesi descrive lo studio del campo di moto di un getto isotermo attraverso la tecnica Stereoscopic Particle Image Velocimetry (SPIV), che rileva la componente di velocità uscente dal piano di misura. La fase iniziale di questo lavoro è stata dedicata alla messa a punto di tale tecnica, agendo sulla configurazione geometrica del sistema e sui parametri di ciascuna telecamera in modo da garantire la migliore qualità delle immagini e la migliore accuratezza delle misure. Successivamente è stata condotta un’analisi mediante il sistema SPIV su un getto libero dotato di moto di swirl al variare del grado di swirl. Quest’ultimo è stato quantificato attraverso il numero di Swirl. Tale numero è valutato mediante un’integrazione numerica dei profili sperimentali delle componenti di velocità assiale e tangenziale. Come atteso si osserva la formazione del vortex breakdown ad alti numeri di swirl (S>0,85). Infine i risultati delle prove SPIV sono stati confrontati con quelli ottenuti in lavori precedenti mediante le tecniche PIV e LDV, dove lo stesso getto era confinato dalle pareti della camera di combustione. Dal confronto dei diversi profili di velocità misurati all’efflusso del bruciatore (dove l’effetto del confinamento è minimo) emerge un buon accordo tra i vari metodi di misura. Inoltre la PIV evidenzia una sovrastima dei valori degli RMS delle singole componenti di velocità rispetto a quelli misurati attraverso la Stereo PIV e ciò è imputabile all’errore prospettico intrinseco della tecnica PIV (con Stereo).