Nozzle suppressed pulsating flow CFD simulation issues

• Autorzy: Cyklis P. , Młynarczyk P.

Warianty tytułu

PL

Problemy symulacji CFD pulsującego przepływu tłumionego przez dyszę

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Pressure pulsations in volumetric compressor manifolds are one of the most important problems in compressor operation. These problems occur not only in huge compressor systems such as those used in natural gas piping in gas mines or national transport systems, but also in small refrigeration compressors found in domestic applications. Nowadays, systems require a new approach since in all applications, variable revolution speed compressors are introduced. Mufflers designed in a conventional way on the basis of the Helmholtz theory only have good pressure pulsation damping action within the designed frequency range. In the case of revolution speed change, the reaction of the damper designed according to the Helmholtz theory may be insufficient. Therefore, any innovative ideas for pressure attenuation is welcomed by the compressor industry. One of the possibilities to attenuate pressure pulsations over a wide range of frequencies is the introduction of specially shaped nozzles in the gas duct flow directly after the compressor outlet chamber. It is obvious that the nozzle attenuates pressure and flow pulsations due to energy dissipation, but at the same time, it also raises the requirement for the pumping power of the compressor. The estimation of nozzle pulsation attenuation may be assessed using CFD simulation. In the paper, the influence of the time step and viscous models choices have been shown. The differences between viscous and inviscid gas models have been shown.

PL

Pulsacje ciśnienia w instalacjach sprężarek wyporowych są jednym z najważniejszych problemów w eksploatacji sprężarek. Problem ten pojawia się nie tylko w dużych systemach sprężarkowych, jak na przykład w sprężarkach gazu ziemnego w kopalniach i rurociągach transportowych, ale również w małych sprężarkach chłodniczych w zastosowaniach domowych. Aktualnie te systemy wymagają nowego podejścia, jako że we wszystkich zastosowaniach wprowadzane są sprężarki o zmiennych prędkościach obrotowych. Tłumiki projektowane zgodnie z teorią Helmholtza mają dobre wskaźniki tłumienia pulsacji tylko w projektowym zakresie częstotliwości. W przypadku zmian prędkości obrotowej sprężarki działanie tłumika opartego na teorii Helmholtza może być niewystarczające. Dlatego każda innowacyjna technika tłumienia pulsacji ciśnienia jest oczekiwana przez przemysł sprężarkowy. Jedną z możliwości tłumienia pulsacji w szerokim zakresie jest zastosowanie zwężek kształtowych wprowadzonych bezpośrednio na tłoczeniu sprężarki. Oczywiście zwężka taka ogranicza pulsacje, powodując jednak równocześnie zwiększenie mocy potrzebnej do sprężania czynnika. Ocena efektywności tłumienia pulsacji ciśnienia może być oceniona na podstawie wyników symulacji CFD. W pracy pokazano wpływ modelu gazu lepkiego i doboru kroku czasowego na wyniki symulacji. Przedstawiono także różnice w wynikach dla gazu ściśliwego i nieściśliwego.

Słowa kluczowe

EN

CFD simulations; pressure pulsation damping; nozzle gas flow

PL

symulacje CFD; pulsacje ciśnienia; przepływ gazu w dyszy

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 1-M
• Strony: 21--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Cyklis P.

• Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology

autor

Młynarczyk P.

• Faculty of Mechanical Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Cyklis P., Experimental identification of the transmittance matrix for any element of the pulsating gas manifold, Journal of Sound and Vibration, 244, 2001, 859-870.
• [2] Cyklis P., Transmittance estimation for any element of volumetric compressor manifold using CFD simulation, The Archive of Mechanical Engineering, No. 2, Vol. LVI, 2009.
• [3] Georges S.N.Y., Jordan R., Thieme F.A., Bento Coelho J.L., Arenas J.P., Muffler Modelling by Transfer Matrix Method and Experimental Verification, ABCM, Vol. XXVII, No. 2, 132-140.
• [4] Andersen K.S., Analysing Muffler Performance Using the Transfer Matrix Method, COMSOL Conference, Hannover 2008.
• [5] Ma Y.-C., Min O.-K., Pressure calculation in a compressor cylinder by a modified new Helmholtz modelling, Journal of Sound and Vibration, 243, 2001, 775-796.
• [6] Sekavcnik M., Ogorevc T., Skerget L., CFD analysis of the dynamic behaviour of a pipe system, Forsh Ingenieurwes, 70, 2006, 139-144.
• [7] Mehidizadeh O.Z., Paraschivoiu M., A three-dimensional finite element approach for predicting the transmission loss in mufflers and silencers with no mean flow, Applied Acoustics, 66, 2005, 902-918.
• [8] Dowling J.F., Peat K.S., An algorithm for the efficient acoustic analysis of silencers of any general geometry, Applied Acoustics, 65, 2003, 211-227.
• [9] Liu G., Li S., Li Y., Chen H., Vibration analysis of pipelines with arbitrary branches by absorbing transfer matrix method, Journal of Sound and Vibration, 332, 2013, 6519-6536.
• [10] Huang Z., Jiang W., Analysis of source models for two-dimensional acoustic systems using the transfer matrix method, Journal of Sound and Vibration, 306, 2007, 215-226.
• [11] Lee S.-H., Ih J.-G., Effect of non-uniform perforation in the long concentric resonator on transmission loss and back pressure, Journal of Sound and Vibration, 311, 2008, 208-296.