Análise de compressores dinâmicos empregando modelagem CFD

Abstract

The present work come up with a study about a simplification of a centrifugal compressor, based on a Garrett M53-3 turbocharging device, used in the Renault M9R internal combustion engine, available in the CNAM Turbomachinery Laboratory in Paris, France; to that purpose, computational fluid dynamics was used as a tool for analysis, using the commercial software STAR CCM +. The proposed simplification is based on geometric aspects, keeping only the actual compressor rotor, disregarding the stator thereof and adopting a volute previously built and available in the STAR CCM + database. The justification for such simplifications is due to the depth of this study and the analysis developed here. By means of simulations, the plots of the mass flow, temperature and pressure profiles are presented for the input and output of the studied geometry. These results were then compared with experimental data from the real apparatus; there is good consistency of the results of temperature and mass flow and a divergence for the pressure, in comparison with the real data, justified by the geometrical divergences between model and real apparatus. It is also shown important parameters of the quality aspects of the mesh and discusses the modeling of the turbulent effects of the flow developed in a centrifugal compressor

O presente trabalho apresenta o estudo acerca de uma simplificação de um compressor centrífugo, baseado em um aparato de turboalimentação Garrett M53-3, empregado no motor de combustão interna M9R da marca Renault, existente no Laboratório de Tubomáquinas do CNAM, em Paris, na França; para tanto, adotou-se como ferramenta de análise, a dinâmica de fluidos computacional, por meio do emprego do software comercial STAR CCM+. A simplificação proposta é baseada em aspectos geométricos, mantendo-se apenas o rotor do compressor real, desconsiderando-se o estator do mesmo e adotando-se uma voluta previamente construída e disponível na base de dados do STAR CCM+. A justificativa para tais simplificações se deve à profundidade desse estudo e da análise aqui desenvolvida. Por meio de simulações, são apresentadas as plotagens dos perfis de vazão mássica, temperatura e pressão, para a entrada e para a saída da geometria estudada. Comparou-se, então, esses resultados com dados experimentais do aparato real; observa-se boa coerência dos resultados de temperatura e vazão mássica e uma divergência para a pressão, em comparação com os dados reais, justificada pelas divergências geométricas entre modelo e aparato real. Mostra-se, ainda, parâmetros importantes dos aspectos de qualidade da malha e discute-se a modelagem dos efeitos turbulentos do escoamento desenvolvido em um compressor centrífugo