Área efetiva de força e coeficiente de descarga para escoamentos em difusores radiais: um conjunto amplo de dados de soluções numéricas para aplicação em válvulas de compressores de refrigeração - Ferreira, Ricardo Lopes (2020)
O projeto de válvulas do tipo palheta usadas em compressores de sistemas de refrigeração desempenha um papel importante no desenvolvimento de compressores mais eficientes. Entretanto, a modelagem e a solução do problema são complexas por envolverem um fenômeno de interação fluido-estrutura, o que torna o projeto de válvulas eficientes um grande desafio. Por necessitar de elevados recursos e tempos computacionais para resolver o problema real de interação fluido-estrutura, a simulação global do compressor geralmente emprega o modelo quase-estático para representar o comportamento das válvulas. Dois parâmetros globais obtidos da solução desse modelo são usados para a simulação do compressor: a área efetiva de força, para determinar a força do escoamento sobre a válvula, e o coeficiente de descarga, para determinar a vazão do escoamento pela válvula. Devido à complexidade geométrica das válvulas, a geometria simplificada do difusor radial é muito empregada. Vários trabalhos já reportaram dados para os parâmetros globais obtidos de simulações numéricas de escoamentos em difusores radiais. Entretanto, os dados são limitados, não representando a ampla faixa de operação necessária para o projeto e simulação dos compressores. O objetivo deste trabalho é preencher esta lacuna, fornecendo dados dos parâmetros globais, obtidos por simulação numérica de escoamentos em difusores radiais, para ampla faixa de operação de compressores de refrigeração. O Método de Volumes Finitos, implementado no código aberto e de licença gratuita OpenFOAM\R e validado com dados experimentais, foi empregado para resolver o problema do escoamento estacionário e incompressível em difusores radiais com razões de diâmetro iguais a 1,15, 1,3, 1,5 e 1,7. Escoamentos com números de Reynolds variando de 3.000 até 50.000 e afastamentos adimensionais entre discos variando de 0,01 até 1,0 foram simulados para as quatro geometrias de difusores radiais. Os resultados mostram que o aumento da razão de diâmetro de 1,15 a 1,7 produz redução da área efetiva de força de até 80% para os menores afastamentos entre discos e aumento de até 40% para o maior afastamento entre discos. Entretanto, o coeficiente de descarga não é significativamente influenciado pela razão de diâmetro. Para um aumento do número de Reynolds de 3.000 a 50.000, o aumento da área efetiva de força é menor, atingindo apenas 13% no maior afastamento entre discos, para o caso do difusor radial com a maior razão de diâmetro. A influência do número de Reynolds sobre coeficiente de descarga é ainda menor, produzindo um aumento máximo de 8% para o maior afastamento entre discos.