Aplicación de la teoría de compresores en paralelo al modelado de un compresor axial

Abstract

El modelado de un compresor axial puede realizarse mediante simulaciones 3D usando dinámica de fluidos computacional (CFD). Sin embargo, esta práctica requiere mucho tiempo tanto para el diseño de la simulación como para llevarla a cabo computacionalmente. Una alternativa que se usa en la práctica para evaluar rápidamente el comportamiento de un compresor axial es utilizar códigos de menor orden (1D o 2D) ayudados por modelos semi-empíricos y correlaciones experimentales. Este trabajo sigue la anterior filosofía y presenta el resultado de aplicar la Teoría de Compresores en Paralelo (TCP) [1] a un modelo existente [2]. Dicho modelo, implementado en FORTRAN, se basa en resolver numéricamente las ecuaciones para flujo cuasi-unidimensional (cuasi-1D)de Euler modificadas con ciertos términos para tener en cuenta la fuerza y el trabajo ejercidos por los álabes. El flujo es modelado a lo largo de la línea media del compresor asumiendo que sus propiedades varían sólo con el tiempo y la posición axial. Dado que el modelo principal es cuasi-1D, está limitado a situaciones donde el flujo es simétrico respecto al eje del compresor. Sin embargo, en la práctica son comunes los casos donde el flujo no cumple esta condición (distorsiones en la admisión, desprendimiento rotativo) Por ello, con objeto de extender el uso del modelo a flujos circunferencialmente no uniformes, se hace uso de la TCP. La TCP consiste principalmente en dividir el compresor en un cierto número de sub-compresores, todos ellos operando a la misma velocidad angular y con las mismas condiciones de presión estática a la salida. Las condiciones a la entrada de cada sub-compresor son, sin embargo, distintas entre sí. Además de implementar la versión clásica de la TCP, en este trabajo se desarrollan modificaciones que permiten mejorar la interacción entre los distintos sub-compresores. Los resultados que se obtienen con esta técnica al simular condiciones de distorsión en la presión total del flujo de entrada son expuestos, mostrando la capacidad del modelo de capturar la física del proceso y confirmando su potencial uso efectivo durante la etapa de diseño preliminar de un compresor axial.