La curva pressione-portata di un compressore sale da destra verso sinistra e raggiunge un picco. A sinistra di quel picco non c'è una regione di funzionamento ma una regione di instabilità.
Due fenomeni distinti
Stallo rotante. Una parte dei canali palari si separa, e quella regione separata si muove attorno al rotore a una velocità diversa da quella del rotore. La portata media può restare costante, ma le pale vengono caricate e scaricate a turno — pericoloso per la fatica e costoso per il rendimento.
Pompaggio. Un'instabilità dell'intero sistema: il flusso si inverte bruscamente, il volume a valle si svuota, la pressione cala, e il flusso riparte in avanti. È un ciclo a bassa frequenza e grande ampiezza. È udibile, i carichi sul cuscinetto assiale schizzano, e il danno arriva in fretta.
La distinzione conta: lo stallo rotante è locale al compressore, mentre il pompaggio riguarda l'intero sistema e dipende dal volume a valle. Lo stesso compressore mostra un comportamento di pompaggio diverso con volumi di tubazioni diversi.
Conseguenze di modellazione
Il pompaggio non si può studiare con il solo modello del compressore. Il volume e la resistenza dell'impianto fanno parte del modello; l'analisi di un canale palare isolato non può dare il limite di pompaggio.
All'estremità sinistra della curva una soluzione stazionaria non converge, e di solito quello è un segnale della fisica. Vedi la nota sulla convergenza.
Un modello periodico a canale singolo è inadeguato. Lo stallo rotante rompe per definizione la simmetria circonferenziale; un modello a canale singolo lo vieta. Vedi la nota sulla simmetria e la nota sulle macchine rotanti.
Serve la comprimibilità. Se il rapporto di compressione è significativo, la variazione di densità non si può trascurare. Vedi la nota sul flusso comprimibile.
Il risultato pratico
Quello che di solito si chiede all'analisi non è riprodurre esattamente il ciclo di pompaggio ma fornire il margine di pompaggio: quanto il punto di funzionamento disti dal limite di instabilità. Vedere dove inizia la separazione a carico parziale mostra anche come allargare quel margine per via geometrica.
Riferimenti
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Launder, B. E., Reece, G. J. & Rodi, W. (1975). Progress in the development of a Reynolds-stress turbulence closure. Journal of Fluid Mechanics, 68(3), 537–566.