Estudo experimental da interação fluido-estrutura no escoamento em um difusor radial

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. Por isso, modelos simplificados como os difusores radiais têm sido usados para representar o sistema de válvulas. O presente trabalho consiste em uma investigação experimental do problema de interação fluido-estrutura em um difusor radial com relação de diâmetro de 1,2, no qual o disco frontal se movimenta sob a ação das forças do escoamento e da força de restituição de uma mola. Uma bancada experimental foi reformada e inicialmente validada com resultados de distribuição de pressão sobre um disco frontal fixo. Após a validação 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 2.000 a 20.000. Além da análise da distribuição de pressão sobre o disco frontal, a área efetiva de força e o coeficiente de descarga também foram estudados. Finalmente, o problema de interação fluido-estrutura foi estudado considerando a posição de equilíbrio atingida pelo disco frontal e força sobre o disco frontal em função do número de Reynolds do escoamento. Usando-se estes mesmos dados, determinou-se o comportamento da área efetiva de força e do coeficiente de descarga para toda faixa de operação dos testes. Estes dados podem ser usados para a validação...

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. Thus, simplified models as radial diffusers have been used to represent the valve system. This work consists in an experimental investigation of the fluid-structure interaction problem in a radial diffuser with diameter ratio equal to 1.2, in which the frontal disk moves due to the flow forces and the restitution force of a spring connected in the frontal disk. An experimental setup was refurbished and initially validated with results for pressure distributions on the surface of a fixed frontal disk. After validating 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. Finally, the fluid-structure problem was studied considering the equilibrium position reached by the frontal disk and the force acting on the frontal disk as a function of the Reynolds number of the flow. Using the same data, the effective force area and the discharge coefficient behavior were determined for the whole operating range of the tests. These results can be used for validating computational codes... (Complete abstract click electronic access below)