Avaliação da metodologia numérica de solução do problema de interação fluido-estrutura em um modelo de válvula do tipo palheta
Carregando...
Data
2018-02-28
Autores
Abrego, André Luís Severino
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A maioria dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor de uso doméstico utilizam compressores alternativos com válvulas automáticas do tipo palheta para controlar os processos de sucção e descarga do fluido refrigerante. O ciclo de operação dessas válvulas é descrito por uma série de fenômenos complexos que ocorrem em um curto período de tempo. Grande parte das perdas responsáveis pela redução da eficiência do compressor é devido aos fenômenos físicos que ocorrem nessas válvulas, predominantemente devido a interação fluido-estrutura. Assim, o estudo dessa dinâmica é essencial quando o objetivo é aumentar a eficiência do compressor. Estudar o problema usando técnicas da Mecânica dos Fluidos Computacional permite encontrar solução de forma relativamente rápida. Porém, desenvolver uma metodologia confiável exige o estudo detalhado de vários aspectos que podem influenciar os resultados e, principalmente, exige a validação experimental. Neste trabalho, propomos avaliar alguns desses aspectos para verificar suas influências na validação da metodologia por meio de dados experimentais. Para isso, uma modelo de válvula tipo palheta em escala ampliada, muito usado como válvula de sucção, é testado experimentalmente e os resultados são usados para validar a metodologia numérica aplicada. A solução numérica do problema é realizada usando o código Ansys® CFX para a solução do escoamento do fluido e o código Ansys® Mechanical para a solução do problema estrutural da válvula. A solução do problema de interação fluido-estrutura é obtida usando uma metodologia particionada, na qual a discretização e a solução do problema nos domínios do sólido e do fluido são realizadas separadamente. Dados do deslocamento instantâneo da válvula são usados para estudar a influência de vários parâmetros adotados na solução numérica do problema. Os resultados mostram que o fator normal de rigidez, a força de pré-carga, a força de gravidade e a condição de contorno usada na solução do problema da estrutura, influenciam na solução do problema.
Most domestic vapor compressor refrigeration systems use reciprocating compressors with automatic reed type valves to control the suction and discharge processes of the refrigerant fluid. The operating cycle of these valves is described by a series of complex phenomena that occur in a short period of time. Most of the losses responsible for reducing the efficiency of the compressor are due to physical phenomena occurring in these valves, mainly due to the fluid-structure interaction. To study this problem is essential to improve the efficiency of the compressor. Performing this study by using Computational Fluid Dynamic methodologies allows relative fast solution of the problem. However, developing a reliable methodology requires detail study of several aspects that can influence the results and, mainly, requires the experimental validation. In this work, we propose to evaluate some of these aspects to verify their influence in the validation process of the numerical methodology through experimental data. Here, we experimentally test a large scale model of a reed type valve usually used as suction valve and the results are used to validate the numerical methodology. The numerical solution is obtained by using the Ansys® CFX code to solve the fluid flow and the Ansys® Mechanical code to solve the structural problem of the valve. In this methodology, we solve the fluid-structure interaction by using a segregated method in which the discretization and the solution of the problem in the solid and fluid domains are performed separately. Data for the instantaneous displacement of the valve are used to analyze the influence of several parameters applied to solve the problem. The results show that the stiffness normal factor, the preload force, the gravity force, and the boundary condition used to solve the structure of the valve, influence the numerical solution of the problem.
Most domestic vapor compressor refrigeration systems use reciprocating compressors with automatic reed type valves to control the suction and discharge processes of the refrigerant fluid. The operating cycle of these valves is described by a series of complex phenomena that occur in a short period of time. Most of the losses responsible for reducing the efficiency of the compressor are due to physical phenomena occurring in these valves, mainly due to the fluid-structure interaction. To study this problem is essential to improve the efficiency of the compressor. Performing this study by using Computational Fluid Dynamic methodologies allows relative fast solution of the problem. However, developing a reliable methodology requires detail study of several aspects that can influence the results and, mainly, requires the experimental validation. In this work, we propose to evaluate some of these aspects to verify their influence in the validation process of the numerical methodology through experimental data. Here, we experimentally test a large scale model of a reed type valve usually used as suction valve and the results are used to validate the numerical methodology. The numerical solution is obtained by using the Ansys® CFX code to solve the fluid flow and the Ansys® Mechanical code to solve the structural problem of the valve. In this methodology, we solve the fluid-structure interaction by using a segregated method in which the discretization and the solution of the problem in the solid and fluid domains are performed separately. Data for the instantaneous displacement of the valve are used to analyze the influence of several parameters applied to solve the problem. The results show that the stiffness normal factor, the preload force, the gravity force, and the boundary condition used to solve the structure of the valve, influence the numerical solution of the problem.
Descrição
Palavras-chave
Compressor de refrigeração, Válvula tipo palheta, Interação fluido-estrutura, Solução numérica, Refrigeration compressor, Reed type valve, Fluid-structure interaction, Numerical solution