مطالعۀ نظری و تجربی جریان در محفظۀ حلزونی کمپرسور جریان شعاعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 صنعتی شریف

چکیده

به‌منظور طراحی بهینه و ساخت کمپرسورهای شعاعی، مطالعۀ میدان سرعت و فشار در اجزای این ماشین ها ضروری می نماید. جریان درون محفظه کاملاً سه بعدی و پیچیده است و می تواند عملکرد اجزای بالادست آن را تحت تأثیر قرار دهد. از این‌رو مطالعۀ جریان در این جزء می تواند به طراحی بهینۀ آن و ارتقای عملکرد کمپرسور بیانجامد. در این پژوهش، مطالعۀ نظری و تجربی جریان محفظۀ کمپرسور گریز از مرکز در جهت بررسی ساختار جریان و تلفات ناشی از آن صورت می گیرد. مدل‌سازی عددی شامل استخراج هندسۀ کمپرسور موجود، مدل‌سازی اجزا، شبکه بندی و تحلیل جریان است. به‌منظور اعتبارسنجی مدل عددی، عملکرد محفظه با نصب حسگرهای فشار در مقاطع مختلف کمپرسور و ساختار میدان با استفاده از کاوشگر پنج راهه در مجرای محفظه بررسی می گردد. انحراف نتایج تجربی و عددی در پیش‌بینی افت فشار محفظه قابل قبول است و با افزایش دبی جرمی، این انحراف کاهش می یابد. نتایج میدان جریان، ضمن اینکه با دقت خوبی ساختار گردابۀ اجباری را در مقطع محفظه که از نوع نیمه خارجی است پیش بینی می کند، حاکی از تأثیر قابل توجه جریان خروجی از دیفیوزر بر ساختار جریان است که به‌عنوان یکی از دلایل تلفات در این نوع محفظه ها نسبت به محفظه های خارجی در نظر گرفته می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Flow Investigation through a Radial Flow Compressor Volute

نویسندگان [English]

  • mohammad mojaddam 1
  • Ali Hajilouy Benisi 2
1 Shahid Beheshti University
2 Sharif University of Technology
چکیده [English]

An optimal design and fabrication of compressors requires flow investigation through the compressor components. Flow field inside the volute is fully three dimensional and turbulent. Better understanding of flow mechanism leads to improve the volute design procedure. In this research the experimental and numerical flow investigation through a radial flow compressor volute are performed to recognize flow field pattern and its effect on pressure loss. The whole compressor components are modeled and the flow field inside the volute is explored. Numerical studies are verified by measuring the pressures at different cross sections using pressure taps. Flow field investigation through volute cross sections at different operating range of the compressor is performed utilizing a five-hole probe. The experimental and numerical result differences for volute total pressure loss prediction are limited and decrease by mass flow rate increase. Flow field measuring results show the flow forced vortex structure at volute cross section. The effect of diffuser discharge on the fluid field in semi-external volute cross section is recognized as an extra pressure loss source in addition to creating the non-uniformity in velocity profile.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radial flow compressor
  • Volute
  • Flow field
  • Five-hole probe

مراجع

1. Mojaddam, M., Hajilouy-Benisi, A. and Movahhedy, M.R., "Optimal design of the volute for a turbocharger radial flow compressor", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace, Vol. 229(6), pp. 993–1002, (2015).
2. Ayder, E., Van den Braembussche, R. and Brasz, J., "Experimental and theoretical analysis of the flow in a centrifugal compressor volute", ASME 1992 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition,Vol. 1, Cologne, Germany, June 1–4, (1992).
3. Pissasale, A. and Ahmed, N., "Theoretical calibration of a five hole probe for highly three dimensional flow", International Journal of Measurement Science and Technology, Vol. 13(7),
pp. 1100-1107, (2002).
4. Van den Braembussche, R. and Hande, B., "Experimental and theoretical study of the swirling flow in centrifugal compressor volutes", Journal of turbomachinery, Vol. 112(1), pp. 38-43, (1990).
5. Van den Braembussche, R., Engeda, A., Keiper, R. and Rautenberg, M., "Experimental and numerical investigation of the flow in a centrifugal compressor volute", Journal of turbomachinery, Vol. 122, pp. 21-31, (2000).
6. Chondrokostas, C., "Calibration of pneumatic five-hole probes in the free-jet wind tunnel", Ph.D. Thesis, Vienna University of Technology, Austria, (2005).
7. Doustmohammadi, A.A., Hajilouy-Benisi, A. and Mojaddam, M., "Experimental and numerical investigation of losses in centrifugal compressor components", Proceeding of ASME Turbo Expo Turbine Technical Conference and Exposition 2013, Volume 6C, Texas, US, June 3-7, (2013).
8. Morrison, G., Schobeiri, M. and Pappu, K., "Five-hole pressure probe analysis technique", Flow Measurement and Instrumentation, Vol. 9(3), pp. 153-158, (1998).
9. Hajilouy-Benisi, A., Rad, M. and Shahhosseini, M., "Flow and performance characteristics of twin-entry radial turbine under full and extreme partial admission conditions", Archive of Applied Mechanics, Vol. 79(12), pp. 1127-1143, (2009).
10. مجدم، محمد، «طراحی و بهینه‌سازی محفظۀ کمپرسور گریز از مرکز و ارزیابی آن با نتایج تجربی»، رسالۀ دکتری، دانشکدۀ مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، (1393).
11. Mojaddam, M., Hajilouy-Benisi, A. and Movahhedy, M.R., "Experimental and numerical investigation of radial flow compressor volute shape effects in characteristics and circumferential pressure non-uniformity", Scientia Iranica Transaction B Mechanical Engineering, Vol. 20(6), pp. 1753-1763, (2013).
12. Nili-Ahmadabadi, M., Hajilouy-Benisi, A., Durali, M. and Ghadak, F., "Investigation of a centrifugal compressor and study of the area ratio and TIP clearance effects on performance", Journal of Thermal Science, Vol. 17(4), pp. 314-323, (2008).
13. Mojaddam, M., Benisi, A.H. and Movahhedi, M.R., "Investigation on effect of centrifugal compressor volute cross-section shape on performance and flow field", Proceedings of ASME Turbo Expo-Turbine Technical Conference and Exposition 2012, Volume 8, Copenhagen, Denmark, June 11-15, (2012).
14. Hajilouy‐Benisi, A., Rad, M. and Shahhosseini, M.R., "Empirical assessment of the performance characteristics in turbocharger turbine and compressor", Experimental Techniques,Vol 34(3), pp. 54-67, (2010).
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار