Basis of the computational domain selection in the problems of modeling a viscous flow in lowflow stages of a centrifugal compressor


Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper examines the problem of definition of the computational domain of the gasflow part at numerical simulation (RANS-approach) of gas flow in the low-flow stage of a centrifugal compressor at conditional flow rate Ф = 0.008. Several variations of replacing the design assembly of the flow part of the simulation stage with a gasdynamic model are considered: main working path of the stage; main working path of the stage taking into account the inlet area (inlet pipe and cowling); main working path of the stage taking into account the adjacent areas with full and partial connection with the gasflow part; main working path of the stage taking into account the friction surfaces of the stage rotor hub. It is shown that in case of axial suction into the stage the inlet pipe and cowling don’t significantly affect the parameter profile in front of the stage rotor and the gasdynamic characteristics of the stage. Modeling without areas adjacent to the path gives unsatisfactory quantitative and qualitative results. The most relevant option to take into account the losses of disk friction and leaks is a full twoway connection of adjacent areas with the flow part along the stage rotor disks, because when connecting only at the outlet of the stage rotor, the friction and leak losses are simulated, but the effect on the flow in the stage rotor is not taken into account. In some cases, it is important to consider the additional areas involved in friction losses.

About the authors

S. V Kartashov

FGAOU VO SPbPU n.a. Peter the Great

Email: sergey.v.kartashov@gmail.com
Saint-Petersburg, Russia

Yu. V Kozhukhov

FGAOU VO SPbPU n.a. Peter the Great

Email: kozhukhov_yv@mail.ru
PhD Saint-Petersburg, Russia

References

  1. Бурдюгов С.И., Ерышкин Ю.П., Касьянов С.В., Макаров А.А. Опыт пусконаладочных работ многоступенчатых ЦБК с магнитным подвесом// Компрессорные технологии. 2019. № 1. С. 12-17.
  2. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В., Гилева Л.В., Лебедев А.А. Верификация CFDрасчета на суперкомпьютере среднерасходных модельных ступеней// Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции, 2016. С. 816-828.
  3. Иванов В.М., Кожухов Ю.В., Данилишин А.М., Садовский Н.И. Моделирование и валидация рабочего процесса в модельной малорасходной ступени центробежного компрессора// Новое в российской электроэнергетике. 2019. № 6. С. 12-19.
  4. Кожухов Ю.В., Чеглаков И.В. Исследование рабочего процесса в малорасходной центробежной компрессорной ступени СВД22 в программном комплексе Fine/Turbo с верификацией данных расчета// Международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство»: сб. мат. науч.техн. конф., посвященной 100летию со дня рождения главного конструктора П. А. Колесова, 2015 г. - Рыбинск: РГАТУ им. П. А. Соловьева, 2015. Т. 1. С. 135-139.
  5. Кожухов Ю.В., Никитин Е.Г. Применение суперкомпьютерных технологий при исследовании методами вычислительной газодинамики пространственного течения малорасходной ступени СВД22 центробежного компрессора// Труды Международной суперкомпьютерной конференции «Научный сервис в сети Интернет: все грани параллелизма». - Пос. АбрауДюрсо, 2013. С. 312-320.
  6. Неверов В.В., Чеглаков И.В, Любимов А.Н. Проектирование центробежных компрессорных машин с использованием методов вычислительной газодинамики// Компрессорная техника и пневматика. 2018. № 4. С. 24-28.
  7. Рахманина Л.А., Аксенов А.А. Исследование влияния неравномерного распределения абсолютной скорости потока на входе в осерадиальное рабочее колесо центробежного компрессора с применением методов численного моделирования в Ansys CFX// Компрессорные технологии. 2019. № 2. С. 18-25.
  8. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. - Л. : Машиностроение, 1981. - 351 с.
  9. Свобода Д.Г. Исследование влияния параметров расчетного трехмерного вязкого течения на прогнозные характеристики осевого насоса / Д.Г. Свобода, А.А. Жарковский, П.В. Пугачев, А.С. Донской // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 1(2). С. 685-688.
  10. Чеглаков И.В., Кожухов Ю.В. Результаты моделирования пространственного течения в радиальном рабочем колесе центробежного компрессора с применением программного пакета Fine/Turbo// Неделя Науки. Материалы научнопрактической конференции с международным участием. - СПб.: Институт энергетики и транспортных систем, 2014. С. 221-223.
  11. Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры. Применение, теория, расчет; пер.с нем. Е.С. Фролов, Б.Д. Захаров - М.: Гос.науч.техн.издво машиностроит. лит., 1959. - 678 с.
  12. Яблоков А.М., Кожухов Ю.В., Лебедев А.А. Исследование течения в малорасходной ступени центробежного компрессора методами вычислительной газодинамики// Научнотехнические ведомости СПбГПУ. 2015. Вып. 4(231). С. 59-69.
  13. Aksenov A.A., Danilishin A.M., Kozhukhov Y.V., Simonov A.M. Numerical simulation of gasdynamic characteristics of the semiopen 3d impellers of the twoelement centrifugal compressors stages// AIP Conference Proceedings Сер. «Oil and Gas Engineering, OGE 2018», 2018. 030025.
  14. Ayhan Nazmi Ilikan, Erkan Ayder. Effect of the Computational Domain Selection on the Calculation of Axial Fan Performance// 16th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Honolulu, United States, Apr. 2016.
  15. Danilishin A.M., Kozhukhov Y.V., Neverov V.V., Malev K.G., Mironov Y.R. The task of validation of gasdynamic characteristics of a multistage centrifugal compressor for a natural gas booster compressor station// AIP Conference Proceedings Сер. «Oil and Gas Engineering, OGE 2017», 2017. 020046.
  16. Denton J.D. Some Limitations of Turbomachinery CFD// ASME. Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air, Volume 7: Turbomachinery, Parts A, B, and C. 735-745. doi: 10.1115/GT201022540.
  17. Lettieri C.C., Baltadjiev N.N., Casey M.M., Spakovszky Z.Z. LowFlowCoefficient Centrifugal Compressor Design for Supercritical CO2// ASME. J. Turbomach. 2014. № 136 (8).
  18. Neverov V.V., Kozhukhov Y.V., Yablokov A.M., Lebedev A.A. Optimization of a centrifugal compressor impeller using CFD: The choice of simulation model parameters// IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017. № 232(1),012037.
  19. Pinto R. N., Afzal A., D’Souza L. V., Ansari Z., Mohammed Samee A. D. Computational Fluid Dynamics in Turbomachinery: A Review of State of the Art// Archives of Computational Methods in Engineering. 2016. № 24(3). P. 467-479.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2020 Kartashov S.V., Kozhukhov Y.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».