Ovlivnění akustických a provozních parametrů odstředivého kompresoru pomocí geometrických úprav statoru
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Vzrůstající požadavky na provozní schopnosti rotačních strojů vzájemně reflektují neustále rostoucí výpočtové možnosti. Je tak umožněno analyzovat velmi detailní aerodynamické jevy, a je tak možné zkoumat podrobné vlivy méně známých řešení aerodynamických principů. Standardní aerodynamický design odstředivého kompresoru sestává z otevřeného oběžného kola obsahujícího hladký stator, nicméně tvar statoru se také podílí na výsledných parametrech rotačního stroje. V této práci je nejprve analytickými metodami na základě rozboru Navier-Stokesovy rovnice kvalitativně analyzován vliv tvaru statoru. Dále je vliv tvaru statoru zkoumán numerickým nástrojem pro výpočtovou dynamiku tekutin (CFD) při použití obvodového drážkování. Experimentálně měřená varianta obvodového drážkování kompresoru GT15 ukazuje, že kvalita upraveného povrchu může mít zásadní vliv na výsledné parametry stroje. Další měřená varianta drážkování kompresoru GTD2056 vykazuje navýšení účinnosti o 0,5 % a marginální ovlivnění aerodynamického hluku. Souvislost mezi navýšením účinnosti a aerodynamickými ztrátami je analyzována pomocí disipační funkce, která přímo poukazuje na ovlivnění proudového pole v důsledku geometrických modifikací statoru a je ukázáno, že její použití je do značné míry průkazné pro popis ztrát v prostoru oběžného kola.
The increasing demands on the operational capabilities of rotating machines are mutually reflected in the ever-increasing computational capabilities. This makes it possible to analyse very detailed aerodynamic phenomena and to investigate the detailed effects of lesser-known aerodynamic principles. The standard aerodynamic design of a centrifugal compressor consists of an open impeller containing a smooth stator; however, the shape of the stator also contributes to the resulting parameters of a rotating machine. Thus, in this paper, the effect of stator geometry is first analysed qualitatively by analytical methods based on the analysis of the Navier-Stokes equation. Next, the influence of stator geometry is investigated by a Computational Fluid Dynamics (CFD) tool using circumferential casing treatment. The experimentally measured circumferential grooving of GT15 compressor shows that the quality of the treated surface can have a significant effect on the resulting performance of the rotating machine. Another measured casing treatment variant of the GTD2056 compressor shows an increase in efficiency of 0.5% and a marginal effect on aerodynamic noise. The relationship between the efficiency increases and losses is analysed using a viscous dissipation function that directly points to the influence of the flow field due to the geometric modifications of the stator and is shown to be largely conclusive for describing the losses in the impeller region.
The increasing demands on the operational capabilities of rotating machines are mutually reflected in the ever-increasing computational capabilities. This makes it possible to analyse very detailed aerodynamic phenomena and to investigate the detailed effects of lesser-known aerodynamic principles. The standard aerodynamic design of a centrifugal compressor consists of an open impeller containing a smooth stator; however, the shape of the stator also contributes to the resulting parameters of a rotating machine. Thus, in this paper, the effect of stator geometry is first analysed qualitatively by analytical methods based on the analysis of the Navier-Stokes equation. Next, the influence of stator geometry is investigated by a Computational Fluid Dynamics (CFD) tool using circumferential casing treatment. The experimentally measured circumferential grooving of GT15 compressor shows that the quality of the treated surface can have a significant effect on the resulting performance of the rotating machine. Another measured casing treatment variant of the GTD2056 compressor shows an increase in efficiency of 0.5% and a marginal effect on aerodynamic noise. The relationship between the efficiency increases and losses is analysed using a viscous dissipation function that directly points to the influence of the flow field due to the geometric modifications of the stator and is shown to be largely conclusive for describing the losses in the impeller region.
Description
Citation
VACULA, J. Ovlivnění akustických a provozních parametrů odstředivého kompresoru pomocí geometrických úprav statoru [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. Ing. Josef Štětina, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Babák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Oldřich Vítek, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Jedelský, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Lubomír Klimeš, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
Defence
Téma práce je vysoce aktuální z hlediska současného i budoucího vývoje turbodmychadel. Přínosné je, že práce byla řešena ve spolupráci s průmyslovým partnerem Garrett Motion a zahraniční univerzitou. Práce zahrnuje velmi dobře zpracovanou analytickou část, část počítačových simulací CFD a experimentální.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení