Indagine numerica sulle limitazioni funzionali dell'anti

Jul 16, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 15240 (2022) Citare questo articolo

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Lo stallo in un ventilatore assiale è direttamente correlato a fenomeni dannosi quali degrado delle prestazioni, vibrazioni, rumore e instabilità del flusso a basse portate. Come una sorta di metodo di controllo passivo per gestire lo stallo, abbiamo suggerito delle piastre bidimensionali, le cosiddette pinne antistallo (ASF), che sono state fissate all'interno dell'involucro. In questo studio, l'effetto dell'ASF sul modello di flusso interno è stato studiato visivamente nel passaggio del flusso e la sua tendenza è stata discussa con la curva di prestazione. Successivamente, le limitazioni funzionali dell'ASF per vari parametri di progettazione, che l'ASF può derivare aerodinamicamente, sono state presentate come l'obiettivo principale di questo studio. È stata eseguita ciascuna analisi a un fattore e il modello di flusso interno è stato osservato in parallelo nel punto in cui l'ASF ha perso la sua funzione. Per la lunghezza radiale, la lunghezza assiale, il numero di alette e l'angolo tangenziale positivo, l'ASF ha quasi mantenuto la sua funzione fino alla limitazione per prevenire l'instabilità, ma ha perso radicalmente la sua funzione ad una certa portata. Per lo spazio assiale e l'angolo tangenziale negativo, l'ASF ha gradualmente perso la sua funzione. Per lo più, questo studio si è basato sull’analisi numerica e le prestazioni sono state convalidate attraverso test sperimentali.

Nelle portate inferiori delle macchine a fluido, lo "stallo" è uno dei fenomeni più dannosi che presenta varie instabilità dovute all'aumento dell'angolo di incidenza. Sulla base della discussione teorica ed empirica ben nota nel nostro campo, i fattori sfavorevoli che possono essere contenuti nelle portate di stallo sono i seguenti: gradienti positivi (degrado) sulla curva di prestazione (\(Q\)–\(P\) o \(\varPhi\)–\(\varPsi\))1,2; riflusso e stallo rotante all'interno del passaggio di ingresso3,4; sollecitazione fluttuante della lama5; fluttuazione della pressione6; vibrazione7,8; rumore9,10. In questo caso, il riflusso dovrebbe svilupparsi dal bordo anteriore (LE) della pala (rotore) e aumentare gradualmente nella direzione dell'apertura e del flusso man mano che la portata diminuisce, mentre l'intensità di altri fattori come la fluttuazione della pressione, le vibrazioni e il rumore può non essere inversamente proporzionale alla portata. Indipendentemente da ciascuna intensità, se questi fattori nelle portate di stallo vengono soppressi senza alcuna instabilità, è possibile garantire un funzionamento efficiente attraverso l'espansione del margine di stallo. È disponibile un sistema senza stallo per regolare la portata in modo più ampio.

Di conseguenza, i ricercatori hanno cercato di controllare lo stallo per decenni. I loro profondi sforzi alla fine sono stati ripagati dalle prestazioni anti-stallo; tuttavia, ciascuno di essi potrebbe, caso per caso, andare incontro a maggiori o minori svantaggi: dispositivi e sistemi operativi; costi e tempi; progettazione complicata; spazio di installazione e manutenzione; degrado (o modifica) delle prestazioni rispetto alle specifiche di progettazione. Questi svantaggi rendono ogni metodo per il controllo dello stallo riluttante ad essere applicato attivamente in campi industriali. Lo stallo necessita di essere controllato in modo più pratico e semplice.

Come una sorta di metodo di controllo passivo da noi eseguito, è stato suggerito di fissare piastre bidimensionali, cosiddette alette antistallo (ASF), all'interno del corpo di ingresso e verso l'albero11,12. Nel processo di progettazione, la direzionalità assiale dell'ASF (angolo; \(\beta\)) non è stata considerata perché inevitabilmente provoca l'angolo di flusso assoluto all'ingresso della pala e porta alla diminuzione (o modifica) delle prestazioni anche in prossimità del flusso di progetto tasso, cioè, l'ASF mostrava una geometria bidimensionale. Le caratteristiche che si potevano ottenere con questo metodo erano le seguenti: assenza di dispositivi e sistemi operativi; nessuno spazio aggiuntivo; configurazione semplice; immediatezza (saldatura o fissaggio in cantiere; semipermanente); prestazioni garantite in base alle specifiche di progetto; indipendentemente dal materiale (ferro, gomma, plastica, ecc.). Soprattutto, questo metodo è riuscito a sopprimere completamente i gradienti positivi sulla curva \(Q\)–\(P\); cioè, con l'ASF ci si aspettava la soppressione delle instabilità indotte dallo stallo. In questo caso è necessario considerare i limiti funzionali delle prestazioni anti-stallo.