تحليل عددي اثر پوسته با درز نوك پلّه‌اي بر عملكرد يك كمپرسور گريز از مركز

Computational analysis of stepped tip gap casing effect on performance of a centrifugal compressor

در اين مقاله، يكي از روش‌هاي جديد اصلاح پوسته به منظور بهبود عملكرد كمپرسورها مورد بررسي قرار گرفته است. درز نوك پلّه‌اي يكي از روش‌هاي مناسب اصلاح پوسته كمپرسورهاست كه اخيراً كارايي آن در زمينه كمپرسورهاي محوري به اثبات رسيده است. در مطالعه حاضر، اثرات درز نوك پلّه‌اي بر بهبود حاشيه استال يك كمپرسور گريز از مركز، براي اولين بار، به روش عددي مورد ارزيابي قرار گرفته است. شبيه‌سازي به كمك نرم‌افزار فلوينت و با بهره‌گيري از مدل آشفتگي k-? صورت پذيرفته است. به‌منظور يافتن هندسه بهينه درز نوك پلّه‌اي، هفت هندسه پوسته مختلف به همراه كمپرسور با پوسته صاف درنظر گرفته شده‌اند. بررسي كانتورهاي سرعت و الگوهاي خطوط جريان روي صفحات عمود بر راستاي جريان و نصف‌النهاري نشان مي‌دهد كه با ايجاد پوسته با درز نوك پلّه‌اي، جريان نشتي نوك پرّه تضعيف شده و ميزان انسداد جريان در گذرگاه اصلي كمپرسور، كاهش پيدا مي‌كند. بنابراين درز نوك پلّه‌اي، سبب افزايش محدوده عملكرد پايدار كمپرسور شده و وقوع پديده استال را به‌تاخير مي‌اندازد. نتايج تحقيق حاضر نشان مي‌دهد كه با استفاده از درز نوك پلّه‌اي با ابعاد بهينه، حاشيه استال كمپرسور %38/7 بهبود پيدا مي‌كند.

In this article, one of the new casing treatment methods for improving of compressor performance have been investigated. Stepped tip gap is one of the appropriate methods of casing treatment that its functionality in axial compressors have been proved lately. In the present study, for the first time, effects of stepped tip gap on stall margin improvement of a centrifugal compressor have been evaluated numerically. Simulation has been done using Fluent software and k-? turbulence modeling. To find the optimum geometry of stepped tip gap, seven casing geometries with one untreated smooth wall were considered. Results of velocity contours and streamlines patterns on various azimuthal and meridional planes showed that by using casing with stepped tip gap, tip leakage flow has been weaken and flow blockage in compressor main passage has been reduced. Hence, stepped tip gap extends the stable operating range of compressor and delays the occurrence of stall phenomenon. Results of present research, shows that by using stepped tip gap with optimum size, stall margin of the proposed compressor was improved by 7.38%.