Simulaciones numéricas de CFD y mediciones de presión indicadas en un expansor de palas deslizantes para aplicaciones de conversión de calor en potencia
Autores: Bianchi, Giuseppe; Rane, Sham; Fatigati, Fabio; Cipollone, Roberto; Kovacevic, Ahmed
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Simulaciones numéricas de CFD y mediciones de presión indicadas en un expansor de palas deslizantes para aplicaciones de conversión de calor en potencia
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Investigación
Expansor rotativo de palas deslizantes a pequeña escala
Sobrealimentación
Potencia de salida
Simulaciones CFD
Eficiencia mecánica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
El documento presenta una extensa investigación de un expansor rotativo de palas deslizantes a pequeña escala que opera con R245fa. La novedad clave radica en un diseño operativo innovador, que considera una entrada secundaria aguas abajo del puerto de entrada convencional. La entrada adicional sobrealimenta el expansor al aumentar la masa del fluido de trabajo en la cámara de trabajo durante el proceso de expansión; esto hace posible cosechar una mayor potencia de salida dentro de la misma máquina. El concepto de sobrealimentación se evalúa en este documento a través de simulaciones numéricas de dinámica de fluidos computacional (CFD) que se validan contra datos experimentales, incluyendo la tasa de flujo másico y las mediciones de presión indicada. Al operar a 1516 rpm y entre presiones de 5.4 bar en la entrada y 3.2 bar en la salida, el expansor sobrealimentado proporcionó una potencia de salida de 325 W. La potencia específica de salida fue igual a 3.25 kW/(kg/s) con una eficiencia mecánica del 63.1%. La comparación entre las trazas de presión interna obtenidas por simulación y experimentalmente es muy buena. Sin embargo, el modelo numérico no puede tener en cuenta completamente el sobrellenado de la máquina. Una comparación entre una configuración estándar y una sobrealimentada obtenida por simulación CFD muestra que la potencia indicada específica aumenta de 3.41 kW/(kg/s) a 8.30 kW/(kg/s). Esta gran diferencia de potencia es el resultado de prevenir la sobreexpansión mediante la sobrealimentación. Por lo tanto, a pesar de la mayor potencia de bombeo requerida para el aumento del flujo a través de la entrada secundaria, un expansor sobrealimentado sería la opción preferida para aplicaciones donde el peso de los componentes es el problema clave, por ejemplo, en aplicaciones de transporte.
Descripción
El documento presenta una extensa investigación de un expansor rotativo de palas deslizantes a pequeña escala que opera con R245fa. La novedad clave radica en un diseño operativo innovador, que considera una entrada secundaria aguas abajo del puerto de entrada convencional. La entrada adicional sobrealimenta el expansor al aumentar la masa del fluido de trabajo en la cámara de trabajo durante el proceso de expansión; esto hace posible cosechar una mayor potencia de salida dentro de la misma máquina. El concepto de sobrealimentación se evalúa en este documento a través de simulaciones numéricas de dinámica de fluidos computacional (CFD) que se validan contra datos experimentales, incluyendo la tasa de flujo másico y las mediciones de presión indicada. Al operar a 1516 rpm y entre presiones de 5.4 bar en la entrada y 3.2 bar en la salida, el expansor sobrealimentado proporcionó una potencia de salida de 325 W. La potencia específica de salida fue igual a 3.25 kW/(kg/s) con una eficiencia mecánica del 63.1%. La comparación entre las trazas de presión interna obtenidas por simulación y experimentalmente es muy buena. Sin embargo, el modelo numérico no puede tener en cuenta completamente el sobrellenado de la máquina. Una comparación entre una configuración estándar y una sobrealimentada obtenida por simulación CFD muestra que la potencia indicada específica aumenta de 3.41 kW/(kg/s) a 8.30 kW/(kg/s). Esta gran diferencia de potencia es el resultado de prevenir la sobreexpansión mediante la sobrealimentación. Por lo tanto, a pesar de la mayor potencia de bombeo requerida para el aumento del flujo a través de la entrada secundaria, un expansor sobrealimentado sería la opción preferida para aplicaciones donde el peso de los componentes es el problema clave, por ejemplo, en aplicaciones de transporte.