مطالعۀ نظري و تجربي جريان در محفظۀ حلزوني كمپرسور جريان شعاعي

Experimental and Numerical Flow Investigation through a Radial Flow Compressor Volute

به‌منظور طراحي بهينه و ساخت كمپرسورهاي شعاعي، مطالعۀ ميدان سرعت و فشار در اجزاي اين ماشين ها ضروري مي نمايد. جريان درون محفظه كاملاً سه بعدي و پيچيده است و مي تواند عملكرد اجزاي بالادست آن را تحت تأثير قرار دهد. از اين‌رو مطالعۀ جريان در اين جزء مي تواند به طراحي بهينۀ آن و ارتقاي عملكرد كمپرسور بيانجامد. در اين پژوهش، مطالعۀ نظري و تجربي جريان محفظۀ كمپرسور گريز از مركز در جهت بررسي ساختار جريان و تلفات ناشي از آن صورت مي گيرد. مدل‌سازي عددي شامل استخراج هندسۀ كمپرسور موجود، مدل‌سازي اجزا، شبكه بندي و تحليل جريان است. به‌منظور اعتبارسنجي مدل عددي، عملكرد محفظه با نصب حسگرهاي فشار در مقاطع مختلف كمپرسور و ساختار ميدان با استفاده از كاوشگر پنج راهه در مجراي محفظه بررسي مي گردد. انحراف نتايج تجربي و عددي در پيش‌بيني افت فشار محفظه قابل قبول است و با افزايش دبي جرمي، اين انحراف كاهش مي يابد. نتايج ميدان جريان، ضمن اينكه با دقت خوبي ساختار گردابۀ اجباري را در مقطع محفظه كه از نوع نيمه خارجي است پيش بيني مي كند، حاكي از تأثير قابل توجه جريان خروجي از ديفيوزر بر ساختار جريان است كه به‌عنوان يكي از دلايل تلفات در اين نوع محفظه ها نسبت به محفظه هاي خارجي در نظر گرفته مي شود.

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 fivehole 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 semiexternal volute cross section is recognized as an extra pressure loss source in addition to creating the nonuniformity in velocity profile.