Analiza numeryczna pracy ekspandera krzywkowego zasilanego sprężonym powietrzem

• Autorzy: Kurkus-Gruszecka M. , Krawczyk P. , Badyda K.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of compressed air expander operation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę numeryczną pracy krzywkowego ekspandera zasilanego sprężonym powietrzem. Ekspandery krzywkowe są powszechnie stosowane, jako silniki w strefach zagrożonych wybuchem. Charakteryzują się niższymi kosztami aplikacji w porównaniu do silników turbinowych dla porównywalnych parametrów pracy (moc). W ramach przeprowadzonych prac przygotowano model matematyczny procesów cieplno – przepływowych zachodzących w ekspanderze, który następnie został zaimplementowany w środowisku numerycznym - ANSYS CFX. Podczas implementacji modelu matematycznego szczególną uwagę poświęcono wykorzystaniu ruchomej siatki obliczeniowej. Z wykorzystaniem przygotowanego modelu przeprowadzono szereg symulacji pracy ekspandera dla różnych warunków. Uzyskane wyniki pozwalają wnioskować na temat wpływu parametrów operacyjnych na osiągi ekspandera.

EN

The article covers a numerical analysis of the work of a rotary lobe expander powered by compressed air. Rotary lobe expanders are widely used as motors in potentially explosive environments. They are characterized by lower costs of application compared to turbine engines for comparable operating parameters (power). As part of the work presented in the article, a mathematical model of thermal and flow processes taking place in the expander was prepared, which was then implemented in a numerical environment - ANSYS CFX. During the implementation of the mathematical model, attention was paid to the moving grid. Series of simulations of the expander operation were carried out for various conditions. The obtained results allow to conclude on the influence of operational parameters on the expander's performance.

Słowa kluczowe

PL

ekspander krzywkowy; sprężone powietrze; modelowanie CFD

EN

rotary lobe expander; compressed air; CFD modelling

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 4
• Strony: 85--90
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kurkus-Gruszecka M.

• Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Krawczyk P.

• Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology

autor

Badyda K.

• Institute of Heat Engineering, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• [1] ANSYS CFX. ANSYS Inc.. 2016, Canonsburg.
• [2] Bowman J.L.: Helical screw rotor profiles. United States Patent. 1981, Woodcliff Lake, N.J, 4,412,796.
• [3] He W., Wu Y., Peng Y., Zhang Y., Ma C., Ma G.: Influence of intake pressure on the performance of single screw expander working with compressed air. Applied Thermal Engineering. 2013, 51, 662–669.
• [4] Kasuya K., Fujiwara M., Imai M., Matsunaga T., Takahashi Y.: Male and female screw rotor assembly with specific tooth flanks. United States Patent. 1980, Tokyo, 4,401,420.
• [5] Lee H.T.: Screw-rotor machine with an ellipse as a part of ts male rotor. United States Patent. 1990, Taipei, 4,890,992.
• [6] Menter F.R.: Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective. International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2009, 23, 305–316.
• [7] Ng K.C., Bong T.Y., Lim T.B.: A thermodynamic model for the analysis of screw expander performance. Heat Recovery Systems & CHP. 1990, 10, 119–133.
• [8] Nilsson H.R.: Rotor device. United States Patent. 1961, Nacka, 2,975,963.
• [9] Rocha P.A.C., Rocha H.H.B., Carneiro F.O.M., Vieira da Silva M.E., Bueno A.V.: K-ω SST (shear stress transport) turbulence model calibration: A case study on a small scale horizontal axis wind turbine. Energy. 2014, 65, 412–418.
• [10] Schiffer J., Klomberg S.: Cfd-Calculation of the Fluid Flow in a Rotary Lobe Pump – Evaluation of a Numerical Model Based on Measurement Results. The 15th International Conference on Fluid Flow Technologies. 2012, Budapest, 1–8.
• [11] Shih T.H., Liou W.W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J.: A new k-ε eddy viscosity model for high reynolds number turbulent flows. Computers Fluids. 1995, 24, 227–238.
• [12] Singh P.J., Onuschak A.D.: A Comprehensive Computerized Method for Twin Screw Rotor Profile Generation and Analysis. International Compressor Engineering Conference. 1984, Purdue, 519–527.
• [13] Vande Voorde J., Vierendeels J., Dick E.: Flow simulations in rotary volumetric pumps and compressors with the fictitious domain method, Journal of Computational and Applied Mathematics. 2004, 168, 491–499.
• [14] Zhang D., Pan D., Shi W., Wu S., Shao P.: Study on Tip Leakage Vortex in an Axial Flow Pump Based on Modified Shear Stress Transport k-ω Turbulence Model. Thermal Science. 2013, 17, 1551–1555.
• [15] Armak GmbH - Motoren. 2018, Kornwestheim, http://www.armakmotor.de.
• [16] GLOBE Benelux. 2018, Alphen aan den Rijn, https://www.globe-benelux.nl.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).