Análise paramétrica do adimensional Y+ na malha computacional de compressor centrífugo de CO₂

Abstract

Este trabalho apresenta uma análise numérica do escoamento em um compressor centrífugo operando com dióxido de carbono (CO2) como fluido de trabalho, com o objetivo de avaliar a influência do número adimensional y+ na qualidade da malha e nos resultados de simulações CFD. A metodologia envolve a definição da geometria e domínio computacional do rotor, a geração de malhas estruturadas com diferentes níveis de refinamento junto às paredes, e a execução de simulações transientes no software ANSYS CFX. Três configurações de malha foram analisadas, com y+ médio aproximado de 100, 200 e 300. Para cada caso, foram avaliados parâmetros como eficiência isentrópica, trabalho transferido ao fluido, tempo de simulação e razão de compressão. Os resultados demonstraram que a variação do y+ influenciou pouco os parâmetros globais do compressor, indicando que todas as malhas atenderam satisfatoriamente aos critérios de qualidade exigidos pelo modelo de turbulência utilizado. A eficiência isentrópica variou menos de 0,2% entre os casos, enquanto o tempo de simulação reduziu aproximadamente 18% ao se adotar uma malha mais grosseira. A análise do campo de y+ evidenciou que, para valores médios elevados, a resolução da subcamada viscosa pode ser comprometida em algumas regiões. Conclui-se que a escolha do y+ deve considerar o equilíbrio entre fidelidade numérica e custo computacional, sendo o valor intermediário uma opção robusta para aplicações práticas.

This work presents a numerical analysis of the flow in a centrifugal compressor operating with carbon dioxide (CO2) as the working fluid, aiming to assess the influence of the dimensionless parameter y+ on mesh quality and CFD simulation results. The methodology involves defining the rotor geometry and computational domain, generating structured meshes with different levels of near-wall refinement, and running transient simulations in ANSYS CFX. Three mesh configurations were analyzed, with approximate y+ average values of 100, 200, and 300. For each case, parameters such as isentropic efficiency, work transferred to the fluid, simulation time, and pressure ratio were evaluated. The results showed that varying y+ had little impact on the compressor’s global parameters, indicating that all mesh configurations met the quality criteria required by the turbulence model. The isentropic efficiency varied less than 0.2% among the cases, while the simulation time decreased by approximately 18% when a coarser mesh was used. The y+ field analysis revealed that higher average values may compromise the resolution of theviscous sublayer in certain regions. It is concluded that the choice of y+ should consider the balance between numerical fidelity and computational cost, with the intermediate value proving to be a robust option for practical applications.