4. Przegląd literatury w zakresie badań przepływu przez wen- wen-tylatory wen-tylatory
4.2. Badania doświadczalne i CFD
„Na obecnym poziomie rozwoju maszyn przepływowych znaczący postęp może być uzyskany jedynie na drodze wzajemnie się uzupełniającej analizy numerycznej z wykorzystaniem profesjonalnych kodów numerycznych oraz doświadczalnej, wspartej no-woczesnymi technikami pomiarowymi” [136]. Przytoczony cytat potwierdza doświadczenia autora z analizy literatury w zakresie badań doświadczalnych wentylatorów. Wynika z niej, że najczęstszym zestawieniem metod badawczych, są badania bilansowe na stanowisku prze-pływowym, uzupełnione metodami jakościowymi prowadzącymi do wizualizacji przepływu, bądź metodami komputerowej mechaniki płynów. Powszechnym podejściem jest budowa wiarygodnego modelu numerycznego w oparciu o wyniki bilansowe, a następnie prowadzenie na nim badań modelowych w zakresie wpływu parametrów geometrycznych na charaktery-styki pracy [3,20,54,55,64,65,67,93,96,98,100,104,112,136,137,97].
Z punktu widzenie calu pracy i jej zakresu, ważne jest aby dokonać przeglądu literatu-ry pod kątem, rozpoznania najnowszych technik pomiarowych możliwych do wykorzystania w badaniach przepływu przez wirnik i zabudowę oraz ich przydatności w projektowaniu no-wej konstrukcji zabudowy typu „in-line”. Na rysunku 4.8 w formie diagramu przedstawiono wszystkie techniki badawcze stosowane w celu opisu przepływu czynnika przez wentylatory i inne maszyny płynowe.
Faktem jest, że podstawą oceny osiągów wentylatora są badania bilansowe na stano-wisku przepływowym prowadzące do wyznaczenia charakterystyk pracy. Metody, te są do-brze rozpoznane, ujęte w normy międzynarodowe, unifikujące sposób prowadzenia badań dla otrzymania wiarygodnych wyników [3,48,54,55,65,67,139].
Znacznie trudniejsze jest prowadzenie badań w zakresie jakościowej oceny przepły-wu: badanie pól prędkości, poszczególnych składowych, czy turbulencji. Badania te są nie-wątpliwie użyteczne z punktu widzenia doskonalenia konstrukcji jak np. właściwe rozpozna-nie wektorów prędkości pomiędzy stoprozpozna-niem wirnika i kierownic, dla wyeliminowania strat niestycznego napływu. Wyniki badań jakościowych są podstawą oceny kodów w technikach CFD, a także w definiowaniu warunków brzegowych i początkowych w budowanych mode-lach np. zadanie rzeczywistego rozkładu prędkości na wlocie do kanału międzyłopatkowego wirnika. Jak wynika z publikacji [137] najpopularniejszymi jakościowymi metodami pomia-rowymi używanymi w badaniu wentylatorów są wśród metod inwazyjnych – termoanemome-tria ( ang. HWA – Hot Wire Anemometry) i bezinwazyjna anemometermoanemome-tria obrazowa oparta o dopplerowską anemometrię laserową (ang. LDA – Laser Doppler Anemometry).
S t r o n a | 43
Rys.4.8. Metody badawcze stosowane w przepływach wentylatorowych
Największe możliwości pomiarowe w grupie rurek spiętrzających daje wykorzystanie sondy kulowej pięciootworowej, jej zalety wykazano między innymi w publikacji [64]. Do istotnych technik nieinwazyjnych używanych w przedmiotowych badaniach zaliczyć należy PIV (Particle Image Velocimetry). Metoda ta ma jednak ograniczenia w postaci stosowania posiewu, który musi być utrzymywany w odpowiednich proporcjach w głównym gazie robo-czym. Pozostałe metody nieinwazyjne pokazane na rysunku 4.8 to, mniej popularne techniki ADV (z ang. Acoustic Doppler Velocimeter), DGV (z ang. Doppler Global Velocimetry), PTV (Particle Tracking Velocimetry) oraz LSV (Laser Surface Velocimetry). W tabeli 4.1 zestawiono na podstawie wybranych publikacji z ostatnich lat, informacje o stosowanych technikach pomiarowych w badaniach maszyn płynowych, w szczególności pod kątem moż-liwości ich zastosowania w wentylatorach.
Uwagę skupiono również, na modelach numerycznych przepływu, szczególności w zakresie rozwiązywania warstwy przyściennej. Ze wskazanej literatury w tabeli 4.1. jedno-znacznie wynika, że najczęściej wybieranym sposobem modelowania jest rozwiązanie wyko-rzystując metodę uśredniania Reynoldsa równań Naviera-Stokesa (Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS). Równania te uzupełniane są najczęściej modelami turbulencji k-ε [4,27,48,54,55,98,129,97] bądź k-ω [93,134]. Najlepsze rozwiązania daje jednak model łą-czący obydwa wskazane, czyli model hybrydowym SST k-ω [32,59].
Kolejnym zagadnieniem poszukiwanym literaturowo, był sposób opisu i oceny jakości przepływu przez dyfuzory i ich relacji z wirnikami. Opis jakości przepływu przez dyfuzor szczegółowo wyjaśniony został przez Japiksea w publikacji [58]. Temat kształtowania prze-pływu przez dyfuzory współpracujące z kołami wirnikowymi szeroko został przebadany i opisany w publikacjach [139,121,122,134]. Skrócone informacje z zakresu wiedzy zawartej we wskazanych publikacji podano w tabeli 4.1.
Badania wentylatorów
Ilościowe
(bilansowe) (badanie struktur przepływu) Jakościowe
Badania numeryczne (CFD)
Badania bilansu ener-gii i masy na znorma-lizowanych stanowi-skach przepływowych Pomiary inwazyjne Pomiary nie-inwazyjne Rurki spiętrzające Termoanemometria LDA PIV LSV DGV PTV ADV
Przegląd literatury w zakresie badań przepływu przez wentylatory
S t r o n a | 44
Tabela 4.1. Wybrane techniki pomiarowe i symulacyjne w badaniach wentylatorów/sprężarek i ich składowych
Autorzy Opis Metoda badawcza Badany obiekt
Huang C.-H., Tseng W.-C. 2015 [55]
Optymalizacja kształtu odbudowy spiralnej dla wentylatora promieniowego prowadzona metodą Levenberg-Marquardta (LMM). Badania bilansowe oraz wizualizacja przepływu dla dwóch prędkości obrotowych. Opracowana obudowa pozwoliła zwiększyć strumień
objętościowy o 11,8%, zmniejszyć spadek ciśnienia o 1,6 %, zmniejszyć hałas o 5,3% i zmniejszyć pobór mocy o 11,4%. Model numeryczny: RANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD (solver ACE+)
weryfikowa-na badaniami stanowisko-wym (AMCA-219-85). Wentylator promieniowy, φ=0,14 n=3600/5500 obr./min Rube C., Rossbach T., Wedeking M., Grates D.R., Jeschke P. , 2015 [93]
Przeprowadzono badania eksperymentalne zmiany ciśnienia w dyfuzorze sprężarki od-środkowej na wlocie, w trzech miejscach komory U-kształtnej oraz na wylocie z łopatki kierowniczej. Następnie porównano te badania z symulacją numeryczną takiego samego obiektu ze szczególnym uwzględnieniem badania przepływu w kanale zwrotnym. Model
CFD: RANS, k-ω, interface Frozen-Rotor, Y+ około 1.
Symulacja numeryczna CFD (solver TRACE 8.1) weryfi-kowana badaniami
stanowi-skowymi Sprężarka promieniowa jednostopniowa n=18750 obr./min, φ=0,15 Ubben S., Niehuis R., 2015 [121,122]
Dokonano szczegółowej analizy wpływu parametrów geometrycznych dyfuzora łopatko-wego w sprężarce odśrodkowej i jego interakcji z wirnikiem na struktury przepływowe. Zbadano wpływ dystansu między wirnikiem a łopatkami dyfuzora, szczeliny wierzchoł-kowej łopatek dyfuzora i ich kąta ustawienia na osiągi sprężarki. Szczelina wierzchołkowa
łopatek dyfuzora ma stabilizujący wpływ na przepływ w sprężarce i nadaje się do znacz-nego zwiększania marginesu przepływu. Luz dyfuzora w szerszych kanałach na poziomie 3% ma korzystny wpływ na sprawność izentropową , jednak luz na poziomie 6% prowadzi
do spadku sprawności, jeżeli kanały są zbyt wąskie.
Symulacja numeryczna CFD weryfikowana badaniami stanowiskowymi. Metoda optyczna PIV. Pomiary ciśnienia sondą typu Cobra
na końcówkach łopatek dyfuzora. Sprężarka odśrodkowa z regulowaną geometrią dyfuzora. Yukun Lv, Zheng-Wei Lv , Hong-Yang Li , Bao-Jun Song , Bo Cheng, Bo Zhang, 2015 [140]
Przeprowadzono optymalizację geometrii obudowy spiralnej wentylatora z wykorzystaniem algorytmów genetycznych. Porównywane były dwie procedury
projek-towania z założeniem stałego pola przepływu w obudowie i bez takiego założenia. Uzy-skane wyniki porównano z oryginalną zabudową. Pomimo odmiennych geometrii, obydwa
przypadki dały znaczący wzrost sprawności wentylatora.
Procedura projektowa: Algorytm genetyczny -
Ma-tlab, gemetria - Solidworks i IGG/AutoGrid, symulacja -
NUMECA FINE TurboTM, EURANUS solver. Wentylator promieniowy w zabudowie spiralnej Stacharska-Targosz J., Nering K., 2015 [111]
Przeprowadzono badania wpływu warunków dławienia na pracę i struktury przepływowe w wentylatorze poprzecznym współpracującym z wymiennikiem ciepła. Do wizualizacji przepływu w wentylatorze użyto niekonwencjonalnej metody, polegającej na zanurzeniu wentylatora w wodzie z kulkami polistyrenu. Skuteczność tej metody weryfikowano
obli-czeniami numerycznymi CFD. Model numeryczny RANS uzupełniony przez k-ε.
Wizualizacja przepływu w wodzie z kulkami
polisty-renu, symulacja CFD w oprogramowaniu STAR-CD Wentylator poprzeczny współpracujący z wy-miennikiem ciepła Xu L., Huang Y., Ruan C., Xing P.W.F., 2014 [139]
Zidentyfikowano mechanizmy powodujące całkowite straty ciśnienia w dyfuzorze oraz przedstawiono możliwość ich redukcji. Przeprowadzono symulację z zastosowaniem
róż-nych modeli turbulentróż-nych: k-ε, k-ω, SST oraz RSM. Na ścianach dyfuzora wlotowego zainstalowano 90 generatorów wirów, które opóźniły separację przepływu. Dzięki temu, zwiększyła się wydajność dyfuzora. Określono nowy wskaźnik S -stopień oderwania
prze-pływu.
Symulacja numeryczna CFD (solver Fluent 6.0) weryfi-kowana badaniami
stanowi-skowymi.
Bryła dyfuzora wstępnego ze ścianami prostymi
S t r o n a | 45
Jayapragasan C. N., Suryawanshi S. J.,
Reddy K. J., 2014 [59]
W artykule omówiono zagadnienie optymalizacji wentylatora odśrodkowego przy użyciu numerycznej mechaniki płynów, Uwzględniono główne parametry wentylatora, takie jak średnica zewnętrzna wirnika, promień zaokrąglenia na wejściu wirnika oraz prędkość przy stałej liczbie łopatek . Zastosowanie metody Taguchiego pozwoliło na zmniejszenie liczby prób i wpłynęło na skrócenie czasu obliczeń. Model: RANS SST- k-ω. Wyniki otrzymane z symulacji CFD porównano z teoretycznymi wartościami obliczonymi na podstawie praw
charakterystycznych dla wentylatorów.
Symulacja numeryczna CFD (solver Fluent), do analizy wyników użyto
oprogramo-wania. Minitab 16.0 Wentylator odśrodkowy w przenośnym urządzeniu czyszczącym Wilkosz B., Schmidt J., Guenther Ch., Schwarz P., Jeschke P., Smythe C., 2014 [134]
Artykuł dotyczy analizy dwóch projektów antyzawirowywaczy (ang. deswirler): jedno- i dwurzędowego. Wyniki porównano ze standardowym antyzawirowywaczem
pryzma-tycznym. Oba rozwiązania oferują znaczny wzrost wydajności dyfuzorowej i możliwy odzysk ciśnienia statycznego w układzie dyfuzyjnym do 5%. Konfiguracja jednorzędowa (75 łopatek) wykazuje minimalnie lepsze wydajności niż system dwurzędowy (30 łopatek
w pierwszym i 60 w drugim rzędzie). Model numeryczny: RANS, k-ω
Symulacja numeryczna (solver TRACE 7.5) weryfi-kowana badaniami
ekspery-mentalnymi.
Antyzawirowywacz w sprężarce odśrodkowej
silnika lotniczego.
Kinoue Y., Shiomi N., Setoguchi T.,
2013 [64]
Zaprojektowano wentylatora za pomocą quasi trójwymiarowej metody projektowania. Wyznaczono eksperymentalne charakterystyki pracy potwierdzające wysoką sprawność i stabilność zaprojektowanego wentylatora. Badano prędkości i jej składowe orz ciśnienia
całkowitego za pomocą pięciootworowej sondy kulowej oraz za pomocą termoanemometru.
Badania stanowiskowe, pięciootworowa sonda
ku-lowa, termoanemometr Wentylator diagonalny o odpływie promieniowym ϕ=0,265, ψ=0,647 n=3600 obr./min Alinejad J., Hosseinne-jad F., 2012 [4]
Zbadano wpływ kształtu wirnika na wydajność i równomierność przepływu. Przeprowa-dzono symulację numeryczną i eksperymentalną weryfikację. W eksperymencie prędkość
płynu mierzono rurką Pitota oraz techniką LDA. Wykazano, że stożkowy wirnik ma lep-szą sprawność i bardziej jednolity rozkład przepływu powietrza na wlocie i wylocie. Wprowadzono współczynnik kształtu profilu prędkości na wylocie z kanału łopatkowego,
zidentyfikowano strefy „jet-wake”. Model CFD:RANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD (solver Fluent 6.2) weryfi-kowana badaniami
bilanso-wymi (EN 5801) i dopplerowską anemometrię
LDA oraz rurką Pitota
Wentylator promieniowy z 43 łopatkami wygiętymi do przodu w obudowie spiralnej n=745 obr./min, D2=335 mm. Pranav A.C., Karuppa F.R., 2012 [86]
Zamodelowano pracę wentylatora promieniowego. W analizie zastosowano wcześniej optymalizowaną i opisaną w Aerovent Technical Bulletin obudowę (o przekroju wylotu
zredukowanym o 10-14%). Różnice pomiędzy otrzymanymi wynikami z analizy a wcześniejszą optymalizacją wyniosły 8-9%. Stwierdzono, że zmniejszenie wymiarów obudowy zapobiega tworzeniu się zawirowań w tych okolicach, a więc poprawia osiągi urządzenia. W opisanej analizie domenę płynu podzielono na dwie części - stacjonarną
i obrotową MRE (metoda Moving Reference Frame). Zastosowano model RANS
Symulacja numeryczna CFD (solver Fluent) Geometria stworzona w pakietach CAD
(profil aerodynamiczny, wirnik, obudowa). Siatka
w Hypermesh
Wentylator promieniowy z łopatkami wirnika o profilu
aerodynamicz-nym NACA 2424 oraz obudową spiralną.
Elsheshtawy H. A., 2012 [32]
Zbadano parametry mogące mieć wpływ na wartość współczynnika poślizgu dla pompy odśrodkowej. Zauważono znaczący wpływ kąta nachylenia łopatek na wyjściu i ich liczby oraz zaproponowano stworzenie wykresu określającego zależność współczynnika poślizgu od wielkości wydatku. Otrzymane wyniki zestawiono z modelami teoretycznymi. Ustalo-no, że najlepsze przybliżenie daje model Wiesnera. Model numeryczny: RANS z modelem
turbulencji SST k-ω.
Symulacja numeryczna CFD (solver CFX) i porównanie z modelami analitycznymi
Wirnik wentylatora pro-mieniowego
Przegląd literatury w zakresie badań przepływu przez wentylatory
S t r o n a | 46
Frank S., Darvish M. Tietjen B., Stuchlik A.,
2012 [47]
Z wykorzystaniem metody PIV zbadano rozkłady prędkości w kanale wylotowym wenty-latora. Otrzymane wyniki porównano z symulacjami komputerowymi wykorzystując me-tody SST oraz k-ε. Optymalizacji, z wykorzystaniem meme-tody SST, dokonano pod kątem zmiany średnicy zewnętrznej wirnika oraz szerokości kanału wylotowego. Na podstawie wykonanej symulacji, otrzymano wzrost sprawności urządzenia o aż 25% oraz redukcję mocy przekazywanej z silnika o 30% (obliczenia wykonano w punkcie najwyższej
spraw-ności). Symulacja numeryczna CFD (solver CFX) weryfikowana z wykorzystaniem metody badawczej PIV Wentylator promieniowy typu Sirocco, n=1000 obr./min z=40 β1=80⁰ β2=170⁰ Aldoory M.K., Ali A.A., 2012 [3]
Przeanalizowano wpływ trzech różnych konstrukcji obudowy wentylatora, różniących się długością języka, na rozkład oraz fluktuację ciśnienia w obudowie maszyny. Wykonano szereg obliczeń dla różnych wartości masowego natężenia przepływu. Zaobserwowano, nieperiodyczny charakter fluktuacji ciśnienia oraz wzrost ich amplitudy wraz z redukcją natężenia przepływu masowego. Uzyskano dobrą zbieżność wyników symulacji
kompute-rowych z wynikami eksperymentu.
Symulacja numeryczna CFD (solver FLUENT 5.3) oraz badania eksperymentalne na stanowisku badawczym. Wentylator promieniowy z półotwartym wirnikiem i obudową spiralną, D1=110 mm, n=1600 obr./min, Singh O.P, Rakesh K., Sreenivasulu T., Kannan M., 2011 [98]
W pracy zbadano wpływ parametrów geometrycznych wentylatora promieniowego z łopatkami wygiętymi w przód i w tył. Opatentowano projekt wału, umożliwiający
mon-taż wentylatora w pojazdach. Przeprowadzono analizę parametrów w celu określenia współczynnika mocy, przepływu oraz sprawności. W badaniu rozważano ilość łopatek, kąt
na wlocie oraz wskaźnik średnicy. Przedyskutowano ukształtowanie łopatek oraz przed-stawiono wyniki obliczeń. Model numeryczny: RANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD (CCM+) weryfikowana badaniami stanowiskowymi. Wentylator promieniowy z łopatkami wygiętymi do przodu oraz do tyłu
stoso-wany w przemyśle moto-ryzacyjnym.
Lee Y-T., Ahuja V., Hosangadi A., Slipper
M., Mulvihill L.P., Birkbeck R., Coleman R.M.,
2011 [67]
Przeprowadzono procedurę optymalizacji łopatek wirnika i leja wlotowego z wykorzystaniem algorytmów genetycznych. Celem było zachowanie określonego punktu pracy przy jednoczesnej poprawie sprawności. W wyniku modyfikacji konstrukcji
uzyska-no redukcję mocy o 8,8%. Kształt profili łopatkowych opisauzyska-no krzywymi Béziera
Symulacja numeryczna CFD (CRUNCH code) weryfiko-wana poprzez badania
bilan-sowe według standardu ANCI AMCA Wentylator promieniowy Wang X., Chen R., Zhou Y., 2011 [129]
Zasymulowano pole przepływu wentylatora diagonalnego za pomocą metody CFD. Oce-niono wpływ pola przepływu, luzu osiowego, łopatek kierujących i sekcji dyfuzorowej na
osiągi wentylatora i potwierdzono, że największy wpływ mają łopatki kierujące i sekcja dyfuzorowa. Wyniki pozwoliły poprawić pole przepływu, przez optymalizację projektu
wentylatora. Model: RANS, k-ε, MFR
Symulacja numeryczna CFD (solver Fluent) Wentylator diagonalny Huang Ch., Hsieh M., 2009 [54]
Artykuł dotyczy badań zmian kąta nachylenia łopatek, ich ilości, długości wypustu zapo-biegającego zawracaniu przepływu w wirniku oraz modyfikacji profilu wirnika, celem optymalizacji efektywności pracy dmuchawy odśrodkowej o wygiętych wstecz łopatkach. Dzięki przeprowadzonym analizom udało się uzyskać wzrost o 7,9% ciśnienia statycznego oraz poprawę wydajności o 1,5%, co umożliwiło stworzenie zoptymalizowanego modelu
dmuchawy. Model CFD: RANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD, solver FLUENT po-równany z badaniami stano-wiskowymi według
standar-du ANCI AMCA
Wirnik dmuchawy od-środkowej
S t r o n a | 47
Karanth K.V., Sharma N.Y.,
2009 [60]
Badano wpływ zasilania warstwy przyściennej po stronie podciśnieniowej łopatki stru-mieniem ze strony nadciśnieniowej poprzez slot łopatkowy (szczelinę w łopatce). Modyfi-kowano położenie slotu po długości łopatki. Zauważono, że istnieją lokacje slotu wyraźnie poprawiające struktury przepływowe, a tym samym stopień odzysku ciśnienia statycznego
i sprawność wentylatora. Model numeryczny: URANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD. Wentylator promieniowy z zabudową spiralną z łopatkami kierowniczy-mi. n=1000 obr./min, D2=240 mm, Sharma N.Y., Karanth K.V., 2009 [97]
Badano wpływ rozlokowania spliterów wewnątrz kanałów międzyłopatkowych wirnika lub układu kierowniczego za wirnikiem wentylatora promieniowego. Modyfikowano łożenie i kształt spliterów. Zauważono, że istnieją konfiguracje spliterów wyraźnie po-prawiające struktury przepływowe, a tym samym stopień odzysku ciśnienia statycznego
i sprawność wentylatora. Model numeryczny: URANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD Wentylator promieniowy w zabudowie spiralnej, D2=240 mm, n=1000 obr./min, Zachau U., Buescher C., Niehuis R., Hoenen H., Wisler D., Moussa Z., 2008 [141]
Przeprowadzono badania trójwymiarowego pola przepływu w dyfuzorze rurowym stopnia sprężarki odśrodkowej. Wykazano, że przepływ dyfuzyjny oddziela się od strony nadci-śnieniowej w pierwszej połowie rury. Odkryto, że przepływ w ostatnich 30% długości rury dyfuzorowej niemal nie ulega dalszemu wyhamowaniu, więc po skróceniu mogą pracować
bez utraty sprawności.
Optyczny nieinwazyjny pomiar prędkości pola
prze-pływu. PIV. Sprężarka odśrodkowa z dyfuzorem rurowym n = 20000 obr./min rw = 202,74 mm rz = 280,5mm Gagnon J.M., Deschênes C., 2007 [48]
Zaprezentowano wzajemne oddziaływania pomiędzy łopatkami kierowniczymi oraz wir-nikiem w turbinie dla trzech rodzajów obciążeń: częściowego, szczytowego oraz przecią-żenia. Zidentyfikowano wpływ obciążenia maszyny oraz odległości pomiędzy częścią ruchomą i stacjonarną na moment obrotowy wirnika, siłę oddziałującą na łopatki
kierow-nicze oraz fluktuację ciśnień. Model CFD: URANS, k-ε
Symulacja numeryczna CFD (solver CFX) weryfikowana badaniami stanowiskowymi
Turbina wodna śmigłowa
Dembski G., Grzelczak M.,
Walczak J., 2003 [65]
Badanie przepływów w wentylatorze promieniowym, szczególnie rozkładu prędkości na wylocie z wentylatora zakrytego oraz śladu aerodynamicznego. Wprowadzono kryterium podziału stref przepływu w funkcji opóźnienia przepływu. W publikacji porównano
wyni-ki modelowania numerycznego przepływu z badaniami eksperymentalnymi.
Badania termoanemome-tryczne i CFD (kod REFlux)
Wentylator promieniowy, D2=800 mm, β2=35° Ziegler K. U., Gallus H. E., Niehuis R., 2002 [142]
Zbadano wzajemne oddziaływanie na przepływ powietrza między wirnikiem a dyfuzorem oraz jego wpływ na wydajność sprężarki odśrodkowej. Badania przeprowadzono dla
prze-pływu nieustalonego oraz uśrednionego w czasie. Pomiary wykonano dla 10 różnych geometrii dyfuzora i w różnych punktach pracy. Geometrię modyfikowano poprzez
zmia-nę kąta nachylenia łopatek kierowniczych dyfuzora. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi na parametry pracy sprężarki, wielkości luki pomiędzy wylotem z łopatek wir-nika a wlotem na łopatki dyfuzora. Wykazano, że zmniejszenie tej przestrzeni prowadzi do
uzyskania bardziej stabilnego przepływu na wylocie z kierownic dyfuzora, podwyższenia ciśnienia w tym obszarze (mniejsze straty) i zwiększenia sprawności sprężarki (lepsza
dyfuzja).
Badania stanowiskowe przy użyciu sond do pomiaru ciśnienia statycznego, Rurek
Pitota do pomiaru ciśnienia całkowitego oraz mierników
temperatury. Sprężarka promieniowa z 15 skośnymi łopatkami i z dyfuzorem o 23 łopat-kach kierownic n=35200 obr./min
Przegląd literatury w zakresie badań przepływu przez wentylatory
S t r o n a | 48
Liou T., Chen. M., 2001 [71]
Wykonano badania struktur przepływowych wewnątrz kanału międzyłopatkowego, w tym celu wykonano transparentną dla promienia laserowego zabudowę i wirnik. Wykazano
strefy zaburzeń przepływu (obszary „jet” i „wake”) dla strony podciśnieniowej i nadciśnieniowej w zależności od punktu pracy wirnika. Dodatkowo badano struktury przepływu w obszarze języka obudowy i na wylocie do kanału tłocznego. Zgromadzono
materiał do weryfikacji kodów numerycznych.
Dopplerowska anemometria laserowa LDV (ang.
Laser-Doppler Velocimetry) Wentylator odśrodkowy z łopatkami wygiętymi do tyłu Adachi T., Sugita N., Yamada Y., 2001 [1]
Zbadano 9 wirników z łopatkami zagiętymi do przodu o różnych parametrach geome-trycznych łopatek. Badano związek struktur przepływu za wirnikiem z osiągami maszyny.
Z trójkątów prędkości wyznaczono kąty odchylenia prędkości względnej od kierunku łopatkowego na wylocie z wirnika. Najbardziej odpowiednim okazał się kąt odchylenia wynoszący 35°. Ustalono, iż najbardziej korzystne dla pracy wirnika są: kąt β2=90 ̊ oraz
β1= 150-160˚.Porównując osiągi wentylatorów wyznaczono najbardziej korzystny współ-czynnik nachylenia łopatki równy 0,41.
Badania bilansowe i jakościowe sondą
termoa-nemometryczną Niskociśnieniowy wenty-lator promieniowy Dilin P., Sakai T., Wilson M., Whitfield A., 1998 [27]
Zbadano wpływ kształtu obudowy pompy na zawirowania powstające w sąsiedztwie ję-zyczka. Analizie poddano obudowy o dwóch różnych konstrukcjach. Jedną klasyczną, a drugą o geometrii pozwalającej na recyrkulację wokół wirnika. Wyniki badań pokazały,
że przy małych przepływach nie ma znacznych różnic między zastosowanymi obudowa-mi, natomiast przy dużych przepływach w drugiej obudowie następuje znacząco mniejsza
ilość oderwań płynu w obszarze języczka, co skutkuje zwiększoną wydajnością pompy. Model CFD: RANS, k-ε Wizualizacja przepływu z wykorzystaniem metody laserowej, poprzedzona symulacją numeryczną CFD (Star-CD)
Spiralna obudowa wirnika osiowego pompy
Japikse D., 1986 [58]
W artykule przedstawiono dokładne pochodzenie równania wyznaczającego współczynnik strat ciśnienia w dyfuzorze w oparciu o różnicę idealnego i rzeczywistego odzysku
ciśnie-nia oraz wyznaczanie "map" strat ciśnieciśnie-nia. Przeprowadzono badaciśnie-nia dla dyfuzora stoż-kowego i pierścieniowego dla różnych nastaw przepływu i liczb Macha. Potwierdzono zgodność wyznaczonej teoretycznie mapy strat z wynikami eksperymentalnymi. Dodat-kowo przedstawiono wyniki dotyczące strat ciśnienia dyfuzora w sprężarce odśrodkowej.
Metody teoretyczne po-twierdzone badaniami
labo-ratoryjnymi.
Dyfuzor stożkowy i pierścieniowy
S t r o n a | 49
Z punku widzenia rozwiązania jednego z podstawowych problemów postawionych w niniejszej pracy, tj. zaproponowania wysokosprawnej obudowy kanałowej dla wirnika promieniowego, bardzo istotne są wyniki badań zaprezentowane przez U. Şentürka i K. Taşa [96] w 2015 roku. Zbadali oni wpływ prostowania strugi za wirnikiem promieniowym pracu-jącym wewnątrz obudowy kanałowej, na parametry i charakterystyki pracy wentylatora. Zi-dentyfikowano struktury przepływowe dla trzech sytuacji, tj. bez kierownic i prostownicy, z prostownicą strumienia w postaci giętej pojedynczej blachy umieszczonej poprzecznie w obudowie (autor ang. „flat plate vane”) oraz kierownicy łopatkowej za wirnikiem. Badane konfiguracje układu zaprezentowano na rysunku 4.9.
Rys.4.9. Badane konfiguracje pracy wentylatora przez U. Şentürka i K. Taşa [96]
W wyniku przeprowadzonych obliczeń numerycznych wykazano, że prostowanie strugi za wirnikiem ma istotny wpływ na osiągi maszyny, a w szczególności na jej sprawność. Otrzymane krzywe przytoczono na rysunku 4.10. Wykazano, że zamontowanie prostego ele-mentu w postaci wyprofilowanej blachy, poprawia sprawność wentylatora niemal dwukrotnie. Zamontowanie kierownic łopatkowych, daje kolejne 8 punktów procentowych zysku. Nieste-ty ostateczny poziom sprawności (około 38%), jest niski w porównaniu do tradycyjnych obu-dów spiralnych. Problemem istotnym, który nie został podjęty w niniejszej publikacji jest