Investigação numérica das limitações funcionais do anti

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15240 (2022) Citar este artigo

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A parada em um ventilador axial está diretamente relacionada a fenômenos prejudiciais, como degradação de desempenho, vibração, ruído e instabilidade de fluxo em baixas taxas de fluxo. Como uma espécie de método de controle passivo para lidar com o estol, placas bidimensionais denominadas anti-stall fin (ASF) foram sugeridas por nós mesmos e 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 de um fator 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 gap axial e ângulo tangencial negativo, o ASF perdeu gradativamente sua função. Principalmente, este estudo foi baseado em análise numérica, e o desempenho foi validado por meio de testes experimentais.

Nas vazões mais baixas de máquinas de fluidos, a 'parada' é um dos fenômenos mais prejudiciais que possui várias instabilidades devido ao aumento do ângulo de incidência. Com base na discussão teórica e empírica bem conhecida em nosso meio, 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 estol giratório dentro da passagem de entrada3,4; lâmina flutuante stress5; flutuação de pressão6; vibração7,8; ruído9,10. Aqui, o refluxo deve ser desenvolvido a partir do bordo de ataque (LE) da pá (rotor) e aumentar gradualmente na direção da envergadura e da corrente à medida que a taxa de fluxo diminui, enquanto a intensidade de outros fatores, como flutuação de pressão, vibração e ruído, pode não ser inversamente proporcional à vazão. Independentemente de cada intensidade, se esses 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 taxa de fluxo mais amplamente.

Conseqüentemente, os pesquisadores tentam controlar a barraca há décadas. Seus profundos esforços acabaram sendo recompensados ​​​​no desempenho anti-paralisação; no entanto, cada um deles pode enfrentar grandes ou pequenas desvantagens caso a caso: dispositivos e sistemas operacionais; custo e tempo; projeto complicado; espaço de instalação e manutenção; degradação de desempenho (ou alteração) da especificação do projeto. Estas desvantagens tornam cada método para controlar o estol hesitante em ser aplicado ativamente em campos industriais. O estol precisa ser controlado de forma mais prática e simples.

Como uma espécie de método de controle passivo por nós mesmos, placas bidimensionais denominadas anti-stall fin (ASF) foram sugeridas para serem fixadas dentro da carcaça de entrada e em direção ao eixo11,12. 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 alteração) do desempenho mesmo próximo ao fluxo de projeto taxa, ou seja, o ASF exibiu geometria bidimensional. As características que poderiam ser obtidas com este método eram as seguintes: nenhum dispositivo e sistema operacional; nenhum espaço adicional; configuração simples; imediatismo (soldagem ou fixação no local; semipermanente); desempenho garantido com base na especificação do projeto; independentemente do material (ferro, borracha, plástico, etc.). Acima de tudo, este método conseguiu suprimir completamente os gradientes positivos na curva \(Q\)–\(P\); ou seja, a supressão das instabilidades induzidas pelo estol era esperada com o ASF. Aqui, é necessário considerar as limitações funcionais do desempenho anti-paralisação.