بخشی از مقاله
چکیده
ناپایداریها در عملکرد کمپر سورهای سانتریفیوژ ب سیار مهم بوده و محدودیتهایی در دامنه دبی جرمی تولیدی کمپرسورها ایجاد مینمایند. ناپایداریهای کمپرسور با کاهش دبی جرمی عبوری از کمپرسور آغاز میگردند. کاهش دبی جرمی سبب افزایش ن سبت ف شار شده و سبب می گردد تا ف شار خروجی کمپر سور از ف شار داخل کمپرسور بالاتر رفته و برگشت جریان اتفاق افتد.
یکی از پدیده هایی که اغلب برای نرخ دبیهای جرمی کم اتفاق میافتد و به صورت فشار نوسانی نرخ دبی جرمی در سیستم تراکمی کمپرسور خود را نشان میدهد پدیده سرج است. مقدار نرخ دبی جرمی در هنگام رخ دادن این پدیده دائماً در حال نوسان بوده و در برخی مواقع سبب جریان سیال در جهت معکوس میشود که قطع جریان یا آشفتگی و در هم ریختگیهای شدیدی را به همراه دارد.
هدف و زمینه اصلی این تحقیق استفاده از روشی برای کنترل و ممانعت از بوجود آمدن این پدیده و شبیه سازی و بررسی تاثیر استفاده از روش کنترل سرج بر عملکرد کمپرسور سانتریفیوژ به کمک نرم افزار فلوئنت است.
مقدمه
با بکارگیری کمپرسورهای سانتریفیوژ در محدوده وسیعی از کاربردهای صنعتی از توربوماشینها تا کمپرسورهای مرتبط با صنعت نفت و گاز ، تحلیل و کنترل پدیدههای ناپایدار و مضر درگیر با این نوع کمپرسورها بیش از پیش دارای اهمیت میباشد.. به دلیل تاثیرات مخرب و گاها غیر قابل جبران پدیده سرج، تحقیقات گوناگونی به منظور برر سی و شناخت و تحلیل این پدیده و نیز کنترل ناپایدار سرج و همچنین تو سعه محدوده عملکردی کمپرسور سانتریفیوژ در نرخ دبیهای پایین صورت پذیرفته است. مدل گریتزر در سال 1976 به شدت مورد استقبال قرار گرفت و در مطالعات پدیده سرج بسیار مورد استفاده قرار گرفت
مدل گریتزر نخستین بار برای کمپرسورهای محوری مورد استفاده قرار گرفت اما محققان زیادی با موفقیت این مدل را برای کمپرسورهای سانتریفیوژ استفاده نمودند .[6] روش کنترل تطبیقی توسط بلانچینی و جیناتاسیو [2] درسال 2002 ارائه شد که به دلیل ذات غیرخطی پدیده سرج شامل حل معادلات ریاضی پیچیده میباشد .
در سال 2013 کارولی [15] شیوه هایی نوین و توسعه یافته در زمینه کنترل سرج ارائه داد. در سال2010 روشی غیرخطی بر مبنای کنترل منطق فازیٌ به منظور کنترل پدیده سرج ارائه شد. ویلمز وجاگر از سیگنال نرخ دبی جرمی برای کنترل و پایدار نمودن پدیده سرج استفاده کردند و پینسلی و همکاران [3] از سیگنال فشار برای این منظور استفاده نمودند.
در این مقاله یکی از روش های کنترل سرج که اساس آن بکار گیری روشی است که از بازگردانی جریان از خروجی کمپرسور استفاده می کند برای جلوگیری از بوجود آمدن سرج انتخاب شده است. شبیه سازی به کمک نرم افزار فلوئنت جهت بررسی تاثیر استفاده از روش کنترل کننده انتخاب شده انجام گرفته است.
شیوه به کار گرفته شده در کنترل سرج
یکی از راه حلهای اجتنابی پدیده سرج که بر ا ساس "بازگردانی و تزریق جریان خروجی کمپر سور" ٍ بنا نهاده شده است انتخاب شده که در شکل - 1 - نشان داده شده است. در این حالت کنترل سرج بر پایه by pass کردن جریان خروجی به ورودی کمپرسور بنا نهاده شده است. روش بر پایه " بازگردانی و تزریق جریان" با ا ستفاده از یک جریان هوای تزریقی متغیر در سطح م شترک القاگر- پروانه الزامات سرکوب فعال پدیده سرج را برآورده می کند. بر ا ساس اندازه گیریهای که در [7 ] ن شان داده شده ا ست، ف شار ا ستاتیک دیواره در خروجی القاگر نیز، تغییرات قابل توجهی قبل از بوجود آمدن سرج ن شان می دهد، در نتیجه این سیگنال می تواند ا ساس الگوریتم سرکوب باشد.
شکل-1 دبی جرمی گذرنده از کمپرسور بر پایه " بازگردانی و تزریق جریان"
معادلات حاکم
مدل توسعه یافته بر مبنای قوانین پایستگی جرم، انرژی و مومنتوم بنا نهاده شده است. در پاراگرافهای زیرین در طی توصیف معادلات مدل، توضیح نتیجتاً به یک واحد بر می گردد - القاگر یا پروانه - .
معادله - 1 - بقاء انرژی در سرتاسر واحد i ام با فرض شرایط ایده آل را توصیف می کند .[15] اینجا تغییر ایده آل در آنتالپی سکون - کل - است - علامت* نشان دهنده این است که پارامتر سکون منظور است - ، u سرعت محیطی ا ست، c سرعت مطلق جریان ا ست، ,∗ ن شان دهنده افزایش دمای سکون ایده آل می با شد. مولفه مماسی سرعت مطلق خروجی واحد مورد نظر با استفاده از ضریب لغزش می تواند به شرح زیر تعیین شود:
در معادله بالا ، ضریب لغزش واحد i ام ا ست که می تواند به عنوان مثال با ا ستفاده از فرمول ا ستانیتزٌ برای ضریب لغزش در کمپرسور سانتریفیوژ محاسبه شود
حالت واقعی با مهم ترین افت ها می تواند به صورت زیر مدل شود:
افت اصطکاک در معادله - 5 - می تواند به عنوان توان دوم نرخ دبی جرمی،همراه با ضریبش، kc ، بیان شود . معادله - 6 - تلفات برخورد را مشخص می کند
بازده واحد مد نظر می تواند به صورت نسبت افزایش آنتالپی سکون حالت ایده آل به افزایش آنتالپی سکون حالت واقعی بیان شود :
از عبارت بازده،فشار کل - سکون - خروجی واحد مورد نظر را می توان با استفاده از فرمول زیر تعیین کرد :
جریان ورودی جهت تزریق
جریان تزریق در این تحقیق تو سط ف شار خروجی کمپر سور تامین شده، میزان دبی آن به و سیله یک ولو در فریم ثابت تنظیم شده،دوباره از میان مجموعه ای از سوراخ های مویین وارد ایمپلر می شود.به عبارت دیگر، این فرض بدان معنا است که مقدار داده شده سیال کاری به سادگی به اتم سفر تخلیه ن شده یا به ورودی کمپر سور بر گردانده می شود
