Aplicaţii ale tehnicii CFD în domeniul apelor uzate

Suflanta TS 3500 - 1,6

A fost amplasată în Staţia de Epurare a Apelor Uzate a Municipiului Târgovişte în iunie 2009 şi funcţionează la parametri nominali fără întrerupere sau intervenţii.

În figura 1 se prezintă suflanta şi bazinele de aerare în care se insuflă un debit de aer de 3500m3/h şi presiunea aerului refulat: 1,6 bar.

Fig. 1. Suflanta centrifugala TS 3500 si bazinele de aerare

Fig. 2. Domeniul de operare al suflantelor realizate de INCD Turbomotoare COMOTI Bucuresti

Pentru a determina performanţele în exploatare a maşinii paletate în cadrul INCD Turbomotoare COMOTI s-au realizat calcule aerodinamice în softul Ansys CFX 11.0 în care s-au urmărit distribuţia presiunii (fig. 3, fig. 4), a numărului mach (fig. 5), a temperaturii (fig. 6, fig. 7) şi entropiei (fig. 8) pe palele rotorului. În figurile 9, 10 şi 11 se prezintă distribuţia liniilor de curent la diferite înălţimi ale paletei de rotor.

În urma calculelor aerodinamice, efectuate cu softul Ansys CFX 11.0 s-au obţinut următoarele rezultate:

puterea aerodinamica: 58.7 kW; gradul de comprimare pe rotor: 1.72; gradul de comprimare pe suflantă (rotor+voluta): 1.61; randamentul adiabatic al rotorului: 0.97; randamentul adiabatic al suflantei (rotor+voluta): 0.84.

INCD Turbomotoare COMOTI este capabil să proiecteze şi să execute suflante centrifugale industriale cu randamente de peste 82% ale căror rotoare centrifugale, inclusiv cele 2D si 3D au randamente mai mari de 90%. În prezent, la COMOTI, optimizarea gazodinamică a suflantelor centrifugale (unitreaptă sau multitreaptă) se face cu softul Ansys CFX 11.0.

Studiul aerodinamic al volutei suflantei TS 3500-1,6 este necesar pentru a verifica şi eventual a optimiza geometria în vederea obţinerii unor pierderi cât mai mici în procesul de curgere prin carcasa spirală.

Pentru acest caz, datorită geometriei complexe a volutei nu este posibil calculul unei secţiuni a acesteia, ci calculul întregii carcase spirale. Geometria volutei pentru calculul aerodinamic a fost implementată în Programul CFX11 cu ajutorul Programului iCeM.

Acest Program, din suita CFX11 permite executarea de geometrii complexe ca aceasta, cât şi specificarea intrării, ieşirii, pereţilor etc.

Fluidul de lucru pentru acest caz se consideră aerul în condiţii ideale. Datele de intrare sunt date în continuare: presiunea de referinţă este cea atmosferică, şi anume 101325 Pa.

Astfel pentru intrarea în turbosuflantă s-au considerat următoarele date:

temperatura totală = 293.15K; intensitatea turbulentă = 5%; direcţia de intrare a aerului = perpendiculară pe intrare.

Pentru ieşirea din volută s-a considerat presiunea statică de 60.000 Pa în raport cu presiunea de referinţă. A fost considerat doar un canal din turbosuflantă datorită posibilităţiide a utiliza condiţia de periodicitate. Dimensiunile volutei calculate sunt următoarele: voluta pleacă de la un diametru de aproximativ 16.6 mm şi ajunge până la un diametru de 150 mm în secţiunea de ieşire.

La discretizarea domeniului de calcul s-a avut în vedere o cât mai bună rezoluţie în jurul pereţilor volutei pentru a se prezice cât mai bine mărimea şi poziţia desprinderilor. S-a folosit o reţea de noduri structurată după cum se observă în figura 12.

Fig. 12. Distributia elementelor in domeniu de calcul

Teoria stratului limită a fost folosita doar în apropierea pereţilor carcasei spirale. În cele ce urmează se vor prezenta rezultatele obţinute în urma analizei CFD.

În figura 13 se observă cum viteza scade pe măsură ce se apropie de ieşirea volutei.

De asemenea este de remarcat profilul vitezei pe ultima porţiune a volutei, de la intrarea în tubul drept, aici se observă o curgere neuniformă cu vârtejuri mari.

Un alt lucru interesant de remarcat este existenţa unui vârtej ce se formează de la aproximativ cele mai mici secţiuni circulare ale volutei şi continuă până la ieşirea din volută. Singurul lucru care se schimbă pe parcursul volutei este mărimea şi poziţia acestui vârtej după cum se observă în figura 14.

În ultimii ani INCD Turbomotoare COMOTI studiază o variantă modernă de turbosuflantă centrifugală alcătuită mult mai simplu, în schema cinematică, prin eliminarea multuplicatorului de turaţie.