MODELLAZIONE CFD DI MACCHINE VOLUMETRICHE DI TIPO SCROLL Stefano Luigi Rossi – Matricola 820009

Compressore Scroll Compressione del fluido con l’azione combinata di due spirali Vantaggi: Processo di compressione molto uniforme Ottimo bilanciamento dinamico Vibrazioni, rumore e pulsazioni di pressione molto limitati Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Geometria 3D Rotore Statore Altezza 38 mm Spessore 2 mm Angolo 1080° Speculare al rotore + estrusione cilindrica Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll Geometria 3D Sezione di “outlet”  T = 0 e Ptot Superficie “duct”  T = 0 e  P = 0 Superificie “top”  T = 0 e  P = 0 Sezione di “inlet” Pamb e Tamb Superficie “bottom”  T = 0 e  P = 0 Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Generazione della Mesh La generazione della Mesh viene effettuata usando le utility blockMesh e snappyHexMesh blockMesh snappyHexMesh Generazione della Mesh di base Adeguamento della Mesh ai profili Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Generazione della Mesh Per ridurre i tempi di generazione viene scelta una differente strategia di generazione della Mesh blockMesh snappyHexMesh Generazione della Mesh di base e adeguamento ai profili effettuati su una geometria prevalentemente 2D Estrusione assiale per ottenere l’altezza voluta Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Gap tra statore e rotore Statore e rotore non vengono mai a contatto tra loro, ma tra i due profili sono presenti dei gap in direzione assiale e radile Gap assiale: 0,025 mm Gap radiale: 0,03 mm Analisi di sensitività Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Gap tra statore e rotore Gap assiale nullo e gap radiale variabile Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Gap tra statore e rotore Gap radiale minimo (0,03 mm) e gap assiale variabile Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Gap tra statore e rotore Nella simulazione della macchina bisogna cercare, quanto possibile, di limitare i tempi computazionali richiesti; sulla base dell’analisi di sensitività effettuata si è scelto di utilizzare valori di gap diversi da quelli reali Gap radiale 0,08 mm Gap assiale 0 mm (Ipotesi di macchina assialmente sigillata) Buona riproduzione del funzionamento reale con limitato numero di celle e tempi di calcolo contenuti Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll Risultati Il fluido di lavoro scelto è aria modellata come un gas perfetto tranne il calore specifico che viene determinato in funzione della temperatura CP = R [a0 + a1 T + a2 T2 + a3 T3 + a4 T4] Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Caso 2D Geometria bidimensionale per i profili e la Mesh Densità ed entalpia del fluido determinate usando i modelli termodinamici di Peng-Robinson ed Helmholtz Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Stima del lavoro richiesto Come fluido di lavoro è stato scelto il freon R-245fa e vengono eseguite tre rotazioni complete del rotore Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Miglioramento dei risultati e sviluppi futuri Usare risultati sperimentali per impostare correttamente le condizioni al contorno, in particolare serve un riferimento alla portata massica Effettuare simulazioni con diversi tipi di fluido (aria, freon, ...) Ridurre il valore del gap assiale e radiale tra i profili avvicinandosi ai valori reali Scegliere una diversa strategia di generazione della Mesh al fine di ottenere celle di elevata qualità che assicurino una riduzione delle oscillazioni nei risultati Estendere la simulazione della macchina su tre o più rotazioni complete Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll

Grazie per l’attenzione! Modellazione CFD di macchine volumetriche di tipo Scroll