Fluid interaction between rotor and stator in a centrifugal compressor stage

Abstract

Generally, the internal flow in turbomachines is characterized by its viscosity, its compressibility, its three-dimensionality and its vortices. As part of various research on centrifugal compressors, many researchers have conducted numerical and experimental studies to understand their operation. They demonstrated that several physical parameters can positively or negatively influence compressor performance. For example, numerical simulations were carried out on compressor stages using ANSYS CFX software to analyze aerothermodynamic parameters, including the effect of interaction between the impeller and diffuser on performance. These simulations were carried out using the kw-sst turbulence model in steady state. The interaction between the rotor and stator in centrifugal compressors is a crucial aspect of their design and operation. It involves the optimization of geometric and operational parameters to maximize energy efficiency. Engineers use numerical simulations and computational fluid dynamics (CFD) models to study this complex interaction. The goal is to improve overall compressor performance, resulting in more efficient use of energy and significant efficiency gains.

Résumé De manière générale, le flux interne dans les turbomachines est caractérisé par sa viscosité, sa compressibilité, sa tridimensionalité et ses tourbillons. Dans le cadre de diverses recherches portant sur les compresseurs centrifuges, de nombreux chercheurs ont mené des études numériques et expérimentales pour comprendre leur fonctionnement. Ils ont démontré que plusieurs paramètres physiques peuvent influencer positivement ou négativement les performances du compresseur. Par exemple, des simulations numériques ont été réalisées sur des étages de compresseur en utilisant le logiciel ANSYS CFX afin d'analyser les paramètres aérothermodynamiques, notamment l'effet de l'interaction entre la roue et le diffuseur sur les performances. Ces simulations ont été effectuées en utilisant le modèle de turbulence kw-sst en régime stationnaire. L'interaction entre le rotor et le stator dans les compresseurs centrifuges est un aspect crucial de leur conception et de leur fonctionnement. Elle implique l'optimisation des paramètres géométriques et opérationnels pour maximiser l'efficacité énergétique. Les ingénieurs utilisent des simulations numériques et des modèles de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour étudier cette interaction complexe. Le but est d'améliorer les performances globales du compresseur, ce qui se traduit par une utilisation plus efficace de l'énergie et des gains d'efficacité significatifs. ملخص بشكل عام، يتميز التدفق الداخلي في الآلات التوربينية باللزوجة، وقابلية الانضغاط، وثلاثية الأبعاد، ودواماته. كجزء من الأبحاث المختلفة حول ضواغط الطرد المركزي، أجرى العديد من الباحثين دراسات عددية وتجريبية لفهم عملها، لقد أثبتوا أن العديد من المعلمات الفيزيائية يمكن أن تؤثر بشكل إيجابي أو سلبي على أداء الضاغط على سبيل المثال، تم إجراء عمليات محاكاة عددية على مراحل الضاغط باستخدام برنامج ANSYS CFX لتحليل المعلمات الهوائية، بما في ذلك تأثير التفاعل بين المكره والناشر على الأداء. تم إجراء هذه المحاكاة باستخدام نموذج الاضطراب kw-sst في الحالة المستقرة. يعد التفاعل بين العضو الدوار والجزء الثابت في ضواغط الطرد المركزي جانبا مهما في تصميمها وتشغيلها. وهو ينطوي على تحسين المعلمات الهندسية والتشغيلية لتحقيق أقصى قدر من كفاءة الطاقة. يستخدم المهندسون عمليات المحاكاة العددية ونماذج ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) لدراسة هذا التفاعل المعقد الهدف هو تحسين الأداء العام للضاغط، مما يؤدي إلى استخدام أكثر كفاءة للطاقة وتحقيق مكاسب كبيرة في الكفاءة.