Transmittance estimation for any element of volumetric compressor manifold using CFD simulation

• Autorzy: Cyklis P.

Warianty tytułu

PL

Obliczanie transmitancji dowolnego elementu instalacji sprężarki wyporowej za pomocą symulacji CFD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Pressure pulsations occurring in volumetric compressors manifold are still one of the most important problems in design and operation of compressor plants. The resulting vibrations may cause fatigue cracks and noise. Accuracy of the contemporary method is not sufficient in many cases. The methods for calculating pressure pulsation propagation in volumetric compressors manifolds are based on one-dimensional models. In one-dimensional models, the assumption is made that any installation element may be simplified and modeled as a straight pipe with given diameter and length or as a lumped volume. This simplification is usually sufficient in the case of small elements and long waves. In general, the geometry of the element shall be also considered. This may be done using two ways: experimental measurements of pressure pulsations, which lead to transmittance approximation for the investigated element, or CFD analysis and simulation for the acoustic manifold element. In this paper, a new method based on Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation is presented. The main idea is to use CFD simulation instead of experimental measurements. The impulse flow excitation is introduced as a source. The results of simulation are averaged in the inlet and outlet cross sections, so time only dependent functions at the inlet and outlet of the simulated element are determined. The transmittances of special form are introduced. On the basis of introduced transmittances, the generalized four pole matrix elements and impedance matrix elements may be calculated. The method has been verified on the basis of experimental measurements.

PL

Pulsacje ciśnienia powstające w instalacjach sprężarek wyporowych są wciąż jednym z najważniejszych problemów przy projektowaniu i eksploatacji stacji sprężarkowych. Wynikające z nich drgania mogą powodować pęknięcia zmęczeniowe i hałas. Dokładność współczesnych metod obliczeniowych jest w wielu przypadkach niewystarczająca. Metody obliczające pulsacje ciśnienia w instalacji bazują na modelach jednowymiarowych. W tych metodach czynione jest założenie że każdy element instalacji można zastąpić rurą o stałym przekroju i określonej długości lub zbiornikiem jako parametrem skupionym. To założenie jest zwykle wystarczające w przypadku małych elementów i długich fal akustycznych. Ogólnie jednak geometria elementu powinna być również brana pod uwagę. To można zrobić dwoma metodami: poprzez pomiary eksperymentalne pulsacji ciśnienia co prowadzi do estymacji transmitancji dla badanego elementu lub przez analizę CFD i symulację elementu akustycznego instalacji. W niniejszej pracy zaprezentowano nowę metodę opartą na symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics). Główną ideą jest zastosowanie CFD zamiast badań eksperymentalnych. Wprowadzone jest przepływowe wymuszenie impulsowe jako źródło. Wyniki symulacji są uśredniane w przekroju wlotowym i wylotowym, w ten sposób otrzymuje się funkcje zależne wyłącznie od czasu dla badanego elementu. Na podstawie obliczonych transmitancji oblicza się macierz impedancyjną i cztero-biegunową. Metoda została zweryfikowana w oparciu o badania eksperymentalne.

Słowa kluczowe

EN

compressor manifold; pressure pulsation; transmittance; CFD simulation; CFD

PL

sprężarka wyporowa; pulsacje ciśnienia; transmitancja; symulacja CFD; CFD

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. LVI, nr 2
• Strony: 157--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cyklis P.

• Cracow University of Technology; al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Lai P.C., Soedel W., Gilliam D., Roy B.: "On the Permissibility of Approximating Irregular Cavity Geometries by Rectangular Boxes and Cylinders." International Compressor Engineering Conference at Purdue, West Lafayette, USA 1996.
• [2] Nieter J.J., Kim H.J.: "Internal Acoustics Modeling of a Rotary Compressor Discharge Manifold." International Compressor Engineering Conference at Purdue, West Lafayette, USA, 1998.
• [3] Soedel W.: "Mechanics - Simulation and Design of Compressor Valves- Gas Passages and Pulsation Mufflers." Purdue University, USA 1992.
• [4] To C.W.S., Doige A.G.: "A transient testing technique for the determination of matrix parameters of acoustic systems. I: Theory and principles."Journal of Sound and Vibration No. 62 pp. 207-222, 1979.
• [5] Seung-Ho Jang, Jeong-Guon Ih: "On the multiple microphone method for measuring in-duct acoustic properties in the presence of mean flow." The Journal of the Acoustical Society of America No. 103 (3), pp. 1520-1527, 1998.
• [6] Cyklis P.: "Identyfikacja termodynamiczna elementów instalacji sprężarek wyporowych. Uogólnienie modelu Helmholtza." (in Polish) Monography No. 254, Politechnika Krakowska pp. 141, 1999.
• [7] Cyklis P.: "Experimental identification of the transmittance matrix for any element of the pulsating gas manifold." Journal of Sound and Vibration No. 244, pp. 859-870, 2001.