Studio sperimentale del flusso di ricircolo e del rumore in un ventilatore assiale

An experimental study of the tip gap flow and related noise in an axial flpw fan

Il presente lavoro di tesi è incentrato sullo studio del flusso di ricircolo attraverso il gioco d’apice di ventilatori assiali per sistemi di raffreddamento automobilistici. Questo disturbo aerodinamico si comporta come un meccanismo di generazione di rumore con effetti molto significativi e, spesso, rappresenta la più importante sorgente di rumore alle basse frequenze, in grado di fornire contributi di natura sia tonale che a banda larga nello spettro di SPL. Nell’elaborato vengono presentati i risultati di misure acustiche (con microfono singolo) ed aerodinamiche con tecniche Laser Doppler Velocimetry (misure lungo traverse radiali) e Particle Image Velocimetry (misure sul piano meridiano). La campagna sperimentale è stata condotta a differenti condizioni di funzionamento e differenti velocità di rotazione; i dati acquisiti sono stati elaborati con la tecnica di media di insieme in fase con la posizione del rotore, che ha consentito di estrarre le componenti del segnale con frequenza fondamentale pari alla frequenza di rotazione. A differenza di quanto poteva essere atteso, in certi casi è stata rilevata una particolare dipendenza del flusso e del rumore generato dalla velocità di rotazione che evidenzia uno scostamento dalla similitudine. Ciò è causato dal fatto che le piccole deformazioni del rotore, dell’ordine di pochi millimetri e dovute al carico palare ed alla forza centrifuga, sono sufficienti a modificare il flusso in uscita dal gioco, che tende a divenire centrifugo invece che rivolto assialmente verso monte. Si tratta quindi di un fenomeno molto complesso e fortemente sensibile anche a piccoli dettagli geometrici. Dato che il flusso di ricircolo è instazionario ma non è periodico alla frequenza di rotazione, non è stato possibile estrarne la struttura temporale tramite la media in fase. Però, è stato possibile ricavare informazioni sulla sua struttura istantanea dalle misure PIV mediante l’impiego della tecnica della decomposizione ortogonale propria. In particolare, si nota una coerenza fra la transizione degli spettri del SPL e la natura e la disposizione spaziale delle strutture vorticose individuate.