Investigação numérica sobre limitações funcionais do anti

Jul 16, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15240 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O travamento em um ventilador axial está diretamente relacionado a fenômenos prejudiciais, como degradação de desempenho, vibração, ruído e instabilidade de fluxo em baixas vazões. Como uma espécie de método de controle passivo para lidar com o estol, placas bidimensionais denominadas anti-stall fin (ASF) foram sugeridas por nós e foram fixadas dentro do invólucro. Neste estudo, o efeito do ASF no padrão de fluxo interno foi investigado visualmente na passagem do fluxo, e sua tendência foi discutida com a curva de desempenho. Posteriormente, as limitações funcionais do ASF para vários parâmetros de projeto, que o ASF pode derivar aerodinamicamente, foram apresentadas como o foco principal deste estudo. Cada análise unifatorial foi realizada e o padrão de fluxo interno foi observado em paralelo no ponto onde o ASF perdeu sua função. Para o comprimento radial, comprimento axial, número de aletas e ângulo tangencial positivo, o ASF quase manteve sua função até a limitação para evitar instabilidade, mas perdeu radicalmente sua função em uma determinada vazão. Para o vão axial e ângulo tangencial negativo, o ASF perdeu gradativamente sua função. Principalmente, este estudo foi baseado em análise numérica, e o desempenho foi validado através de testes experimentais.

Nas taxas de fluxo mais baixas de máquinas fluidas, o 'stall' é um dos fenômenos mais prejudiciais que apresenta várias instabilidades devido ao aumento do ângulo de incidência. Com base na discussão teórica e empírica bem conhecida em nossa área, os fatores desfavoráveis ​​que podem estar contidos nas vazões de estol são os seguintes: gradientes positivos (degradação) na curva de desempenho (\(Q\)–\(P\) ou \(\varPhi\)–\(\varPsi\))1,2; refluxo e bloqueio giratório dentro da passagem de entrada 3,4; tensão flutuante da lâmina5; flutuação de pressão6; vibração7,8; ruído9,10. Aqui, o refluxo deve ser desenvolvido a partir da borda de ataque da pá (rotor) (LE) e aumenta gradualmente na direção da envergadura e da corrente à medida que a taxa de fluxo diminui, enquanto a intensidade para outros fatores, como flutuação de pressão, vibração e ruído pode não ser inversamente proporcional à vazão. Independentemente de cada intensidade, se estes fatores nas vazões de estol forem suprimidos sem qualquer instabilidade, uma operação eficiente pode ser garantida através da expansão da margem de estol. Um sistema sem travamento está disponível para ajustar a vazão de forma mais ampla.

Conseqüentemente, os pesquisadores vêm tentando controlar a paralisação há décadas. Seus profundos esforços eventualmente valeram a pena no desempenho anti-paralisação; no entanto, cada um deles pode enfrentar desvantagens maiores ou menores caso a caso: dispositivos e sistemas operacionais; custo e tempo; design complicado; espaço de instalação e manutenção; degradação (ou alteração) do desempenho a partir da especificação do projeto. Essas desvantagens tornam cada método de controle de estol hesitante em ser aplicado ativamente em campos industriais. A barraca precisa ser controlada de forma mais prática e simples.

Como uma espécie de método de controle passivo por nós mesmos, foram sugeridas placas bidimensionais denominadas aleta anti-stall (ASF) para serem fixadas dentro do invólucro de entrada e em direção ao eixo . No processo de projeto, a direcionalidade axial do ASF (ângulo; \(\beta\)) não foi considerada porque inevitavelmente causa o ângulo de fluxo absoluto na entrada da pá e leva à diminuição (ou mudança) no desempenho mesmo próximo ao fluxo de projeto taxa, ou seja, o ASF exibiu geometria bidimensional. As características que puderam ser obtidas com este método foram as seguintes: ausência de dispositivos e sistemas operacionais; nenhum espaço adicional; configuração simples; imediatismo (soldagem ou fixação no local; semipermanente); desempenho garantido com base nas especificações do projeto; independentemente do material (ferro, borracha, plástico, etc.). Acima de tudo, este método conseguiu suprimir completamente os gradientes positivos na curva \(Q\)–\(P\); isto é, a supressão das instabilidades induzidas pelo estol era esperada com o ASF. Aqui, é necessário considerar as limitações funcionais do desempenho anti-stalling.