Numerical analysis of Multisplitter blade impeller for a CO2 centrifugal compressor
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Data
2024-06-17
Autores
Orientador
Salviano, Leandro Oliveira 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Ilha Solteira - FEIS - Engenharia Mecânica
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
O armazenamento de CO2 em reservatórios subterrâneos é uma estratégia utilizada atualmente para mitigar a emissão de gases de efeito estufa na atmosfera, acelerando o desenvolvimento de novas técnicas para projeto de novos equipamentos, obtendo tecnologias com maior desempenho. O equipamento estudado é um compressor centrífugo de CO2 no estado subcrítico operando no primeiro estágio, a fim de avaliar a influência de dois splitters nos parâmetros operacionais do rotor, que são a eficiência isentrópica, relação de pressão, potência requerida e relação de temperatura. Os parâmetros geométricos dos splitters a serem analisados na simulação numérica são a posição do leading edge e os camber angles, que compõem um total de 12 parâmetros de entrada em um escoamento no estado estacionário, compressível, turbulento e tridimensional. Associado à modelagem CFD, uma abordagem promissora para a análise de sensibilidade (SA) é o acoplamento à ferrametas de screening como o método de Morris, que é uma poderosa ferramenta para 'fixação de fatores', identificando as variáveis de entrada não influentes, permitindo quantificar o impacto dos parâmetros geométricos estudados no desempenho do compressor centrífugo. A análise de sensibilidade identificou que os parâmetros geométricos contribuem significativamente para as condições de operação do compressor centrífugo. Especificamente, a posição do leading edge e trailing edge do maior splitter são muito influentes nas quatro variáveis de saída e os ângulos do hub do menor splitter têm uma influência relevante na relação de pressão, potência necessária e relação de temperatura. A análise fenomenológica identificou ondas de choque na blade e no maior splitter, e uma região de bloqueio de fluxo no clearance gap. Esta região de fluxo reverso é uma fonte significativa de perdas, com um aumento na entropia estática de 62,9% na segunda metade do impulsor próximo à interface com o difusor. Os fenômenos físicos observados corroboram o ranking das variáveis mais importantes pelo método de Morris, mostrando-se uma ferramenta robusta e eficaz na previsão do desempenho de compressores centrífugos.
Resumo (inglês)
The storage of CO2 in underground reservoirs is a strategy currently used to mitigate the emission of greenhouse gases into the atmosphere, accelerating the development of new techniques for design of new equipments, obtaining technologies with higher global performances. The equipment studied in the present research is a centrifugal compressor operating with subcritical CO2, in order to evaluate the influence of two splitters on the operational parameters of the rotor, which are isentropic efficiency, pressure ratio, required power and temperature ratio. The splitter geometrical parameters to be analyzed in the numerical simulation are the leading-edge position and the camber angles, which make up a total of 12 input parameters for a steady state, compressible, turbulent and three-dimensional flow. Coupled with CFD modeling, a promising approach to sensitivity analysis (SA) is associated with screening tools by the Morris’ method, which is a low computational cost tool for 'factor fixation' allowing qualify the impact of the geometric parameters studied on the performance of the centrifugal compressor. The sensitivity analysis identified those geometric parameters that contribute significantly to the operating conditions of the centrifugal compressor. Specifically, the position of the leading and the trailing edge angles of the longer splitter are very influential on the four output variables and the hub angles of the shorter splitter have a relevant influence on the pressure ratio, required power and temperature ratio. Phenomenological analysis identified shock waves on the blade and the longer splitter, and a flow blocking region in the clearance gap. This reverse flow region is a significant source of loss, with an increase in static entropy of 62.9% in the second half of the impeller near the interface with the diffuser. The observed physical phenomena corroborate the ranking of the most important variables by the Morris method, proving to be a robust and effective tool in predicting the performance of centrifugal compressors.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Inglês
Como citar
BARBIZAN, Bruno Antonio. Numerical analysis of Multisplitter blade impeller for a CO2 centrifugal compressor. Orientador: Leandro Oliveira Salviano. 2024. 50 f. : il. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2024. Disponível em: URL. Acesso em: dia, mês e ano