Área efetiva de força e coeficiente de descarga para escoamentos em difusores radiais: um conjunto amplo de dados de soluções numéricas para aplicação em válvulas de compressores de refrigeração
O projeto de válvulas do tipo palheta usadas em compressores de sistemas de refrigeração desempenha um papel importante no desenvolvimento de compressores mais eficientes. Entretanto, a modelagem e a solução do problema são complexas por envolverem um fenômeno de interação fluido-estrutura, o que to...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2020 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Estadual Paulista (UNESP) |
| Repositorio: | Repositório Institucional da UNESP |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.unesp.br:11449/202334 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/11449/202334 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Compressores de refrigeração Válvula tipo palheta Difusor radial Área efetiva de força Coeficiente de descarga Simulação numérica Volumes finitos Refrigeration compressor Reed type valve Radial diffuser Effective force area Discharge coefficient Numerical simulation Finite volume OpenFOAM |
| Sumario: | O projeto de válvulas do tipo palheta usadas em compressores de sistemas de refrigeração desempenha um papel importante no desenvolvimento de compressores mais eficientes. Entretanto, a modelagem e a solução do problema são complexas por envolverem um fenômeno de interação fluido-estrutura, o que torna o projeto de válvulas eficientes um grande desafio. Por necessitar de elevados recursos e tempos computacionais para resolver o problema real de interação fluido-estrutura, a simulação global do compressor geralmente emprega o modelo quase-estático para representar o comportamento das válvulas. Dois parâmetros globais obtidos da solução desse modelo são usados para a simulação do compressor: a área efetiva de força, para determinar a força do escoamento sobre a válvula, e o coeficiente de descarga, para determinar a vazão do escoamento pela válvula. Devido à complexidade geométrica das válvulas, a geometria simplificada do difusor radial é muito empregada. Vários trabalhos já reportaram dados para os parâmetros globais obtidos de simulações numéricas de escoamentos em difusores radiais. Entretanto, os dados são limitados, não representando a ampla faixa de operação necessária para o projeto e simulação dos compressores. O objetivo deste trabalho é preencher esta lacuna, fornecendo dados dos parâmetros globais, obtidos por simulação numérica de escoamentos em difusores radiais, para ampla faixa de operação de compressores de refrigeração. O Método de Volumes Finitos, implementado no código aberto e de licença gratuita OpenFOAM\R e validado com dados experimentais, foi empregado para resolver o problema do escoamento estacionário e incompressível em difusores radiais com razões de diâmetro iguais a 1,15, 1,3, 1,5 e 1,7. Escoamentos com números de Reynolds variando de 3.000 até 50.000 e afastamentos adimensionais entre discos variando de 0,01 até 1,0 foram simulados para as quatro geometrias de difusores radiais. Os resultados mostram que o aumento da razão de diâmetro de 1,15 a 1,7 produz redução da área efetiva de força de até 80\% para os menores afastamentos entre discos e aumento de até 40\% para o maior afastamento entre discos. Entretanto, o coeficiente de descarga não é significativamente influenciado pela razão de diâmetro. Para um aumento do número de Reynolds de 3.000 a 50.000, o aumento da área efetiva de força é menor, atingindo apenas 13\% no maior afastamento entre discos, para o caso do difusor radial com a maior razão de diâmetro. A influência do número de Reynolds sobre coeficiente de descarga é ainda menor, produzindo um aumento máximo de 8\% para o maior afastamento entre discos. |
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