Estudo experimental da interação fluido-estrutura em um modelo de válvula de compressor de refrigeração

Abstract

Compressores alternativos herméticos são amplamente utilizados em sistemas de refrigeração por compressão de vapor de pequeno e médio porte. Uma das principais partes deste tipo de compressor é o sistema de válvulas automáticas utilizadas para controlar os processos de sucção e descarga. O estudo experimental ou analítico/numérico destes processos é bastante complexo, principalmente pela presença do problema de interação fluido-estrutura durante o funcionamento das válvulas e pela complexidade geométrica de todo sistema. Este trabalho consiste em uma investigação experimental do problema de interação fluido-estrutura em uma geometria real de válvula tipo palheta muito usada pela indústria de compressores. Uma bancada experimental foi reformada e inicialmente validada com resultados de distribuição de pressão sobre o disco frontal fixo de um difusor radial, uma geometria muito utilizada para modelar válvulas de compressores de refrigeração. Após o teste da bancada, o escoamento neste difusor radial com disco frontal fixo foi estudado para afastamentos adimensionais entre discos variando de 0,01 a 0,09, para uma faixa de número de Reynolds de 2000 a 20000. Além da análise da distribuição de pressão sobre o disco frontal, a área efetiva de força e o coeficiente de descarga também foram estudados. Com o objetivo de analisar a influência da inclinação da palheta no cálculo do coeficiente de descarga, em comparação com os resultados do difusor radial com disco frontal paralelo ao assento, o escoamento na válvula tipo palheta estática, mas inclinada em relação ao assento, foi investigado. Finalmente, o problema de interação fluido estrutura na válvula tipo palheta foi investigado. A posição instantânea da válvula foi medida para números de Reynolds variando de 2000 a 12000 e a frequência...

Hermetic reciprocating compressors are widely used in small and medium size vapor compression refrigeration systems. One of the main parts of this type of compressor is the automatic valve system used for controlling the suction and discharge processes. The experimental or analytical/numerical study of these processes is very complex, mainly because the occurrence of the fluid-structure interaction problem during the operation of the valves and due to the geometric complexity of the whole system. This work consists in an experimental investigation of the fluid-structure interaction problem in an actual geometry of reed type valve largely used by the compressor industry. An experimental setup was refurbished and initially validated with results for pressure distributions on the surface of a fixed frontal disk of a radial diffuser, which is a geometry largely used for modeling refrigeration compressor valves. After testing the experimental setup, the flow through the radial diffuser with fixed frontal disk was studied for dimensionless gaps between disks varying from 0.01 to 0.09, for Reynolds numbers in the range of 2,000 to 20,000. In addition, the effective force area and the discharge coefficient were studied. In order to analyze the influence of the inclination of the reed on the discharge coefficient calculation, in comparison to the results for the radial diffuser with parallel frontal disc, the flow through the static reed, but inclined in relation to the seat, was also investigated. Finally, the fluid-structure interaction problem in the reed valve was investigated through the instantaneous position of the valve and the characteristic frequency of the valve movement for Reynolds numbers varying from 2,000 to 12,000. Besides contributing for the understanding of the flow in valves, the data... (Complete abstract click electronic access below)