Analisi sperimentale delle perdite di carico in una girante centrifuga operante con idrogeno liquido

The objective of this thesis is to present the results obtained and some technical considerations regarding a fluid dynamic simulation performed using the "Ansys Fluent" software. Starting from pre-existing elements already tested for both space and non-space applications, the geometry of an impeller of a centrifugal turbopump will be modeled with specific design adaptations for operation with liquid hydrogen. The fluid's interaction with the impeller will then be simulated under different rotational speeds. Particular attention will be given to the study of pressure losses and thus to the hydraulic efficiency of the pump, with an even more detailed focus on localized losses occurring at critical points, such as the impeller bend. By applying appropriate boundary conditions, it will be possible to extract data and graphs useful for determining the pump’s efficiency and identifying possible issues, such as cavitation phenomena, which are very common when the working fluid is liquid hydrogen.

L'elaborato in questione ha come obiettivo quello di fornire i risultati ottenuti e alcune considerazioni tecniche riguardo ad una simulazione fluidodinamica eseguite tramite il software di calcolo "Ansys Fluent". A partire da elementi preesistenti e già testati per uso spaziale e non, verrà infatti modellata la geometria di una girante di una turbopompa centrifuga con appositi accorgimenti al fine del suo funzionamento con idrogeno liquido e verrà simulata l'interazione del fluido con la stessa, al variare del regime di rotazione. Particolare attenzione sarà prestata riguardo allo studio delle perdite di carico e quindi del rendimento idraulico della pompa stessa, ma, ancor più nel dettaglio alle perdite concentrate che si verificano in corrispondenza di punti critici come il gomito della girante. Applicando infatti le corrette condizioni al contorno sarà possibile estrapolare dati e grafici utili a determinare l'alta o bassa efficienza della pompa e a valutarne eventuali problematiche come ad esempio fenomeni di cavitazione, molto comuni quando il fluido operativo è proprio l'idrogeno liquido.