ANALISI NUMERICA DELLE PRESTAZIONI DI UN COMPRESSORE CENTRIFUGO

Centrifugal compressors are widely used in numerous industrial applications. Among their applications are high temperature heat pumps based on the inverse Joule-Brayton cycle. In this context, it is of particular interest to expand the compressor stable operating range in order to adapt its operation to the variable boundary conditions typical of such applications. Computational fluid dynamics is a valuable tool to complement experimental testing, provided that the numerical model is adequately validated. This paper presents a CFD validation study based on a centrifugal compressor experimentally tested by Eckardt, a well established open benchmark in turbomachinery research. A single stage blade model was developed and validated against a large set of operating points derived from the original experimental map. The resulting numerical model reproduces the compressor total-to-total pressure ratio with good accuracy for most of the operating points examined. This reference model provides a solid starting point for future investigations into more complex configurations, such as the introduction of a variable geometry blade diffuser.

I compressori centrifughi trovano ampio impiego in numerose applicazioni industriali, tra cui le pompe di calore ad alta temperatura basate sul ciclo Joule-Brayton inverso. In questo contesto riveste particolare interesse l'ampliamento del campo di lavoro stabile del compressore, al fine di adattarne il funzionamento alle condizioni al contorno variabili, tipiche di tali applicazioni. La fluidodinamica computazionale è uno strumento prezioso a integrazione delle prove sperimentali, a condizione che il modello numerico sia adeguatamente validato. La presente tesi propone uno studio di validazione CFD basato su un compressore centrifugo testato sperimentalmente da Eckardt, un benchmark aperto ben consolidato nella ricerca sulle turbomacchine. È stato sviluppato un modello basato su un singolo vano palare, da validare rispetto a un ampio insieme di punti di funzionamento derivati dalla mappa sperimentale originale. Il modello numerico risultante riproduce il rapporto di compressione "total-to-total" del compressore con buona accuratezza per la maggior parte dei punti di funzionamento esaminati. Questo modello di riferimento fornisce un solido punto di partenza per future indagini con configurazioni più complesse, come l'introduzione di un diffusore palettato a geometria variabile.