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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

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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


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.

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