CFD modelování a simulace radiálního ventilátoru

Abstract

Téma práce patří do oboru CFD modelování a simulací proudění v zařízeních s rotujícími prvky. Konkrétně cílem této práce bylo nasimulovat výkonovou charakteristiku (P-V) radiálního ventilátoru typu RFE 200-L vyráběného firmou ALTEKO. Model byl vytvořen v softwaru pro 3D modelování ANSYS SpaceClaim a simulace byly provedeny v prostředí ANSYS Fluent. Rotace oběžného kola ventilátoru byla simulována metodou vícenásobného souřadnicového systému (MRF). Obecně výkonová charakteristika ventilátoru ukazuje celkový tlak a objemový průtok dodávaný ventilátorem při konstantních otáčkách. Proto byl model vystaven různým provozním podmínkám určeným statickým přetlakem na výstupní hranici modelu. Tento přetlak může reprezentovat různé tlakové ztráty ve virtuálním potrubním systému připojeném k ventilátoru. Bylo nasimulováno pět provozních bodů určených statickým přetlakem na výstupu z modelu 0, 100, 200, 300 a 350 Pa. Pro každý provozní bod byl vyhodnocen celkový tlak ventilátoru a průtočné množství standardního vzduchu (hustota 1,2 kg/m3). Nasimulovaná výkonová charakteristika byla porovnána s naměřenou charakteristikou, kterou poskytl výrobce ventilátoru. Nasimulovaná charakteristika leží velmi blízko k naměřeným hodnotám až do celkového tlaku 250 Pa. Pro vyšší celkové tlaky než 250 Pa je nasimulovaná charakteristika nižší než naměřená. Zatímco z trendu nasimulované charakteristiky lze odhadnout maximální celkový tlak cca 400 Pa, naměřený maximální celkový tlak je 500 Pa.

The thesis topic falls into the field of CFD modelling and simulation of fluid flow in devices with rotating parts. Specifically, the aim of this work was to simulate the performance curve (P-V) of the radial fan type RFE 200-L produced by ALTEKO company. The model was created in ANSYS SpaceClaim 3D modelling software and the simulations were performed in ANSYS Fluent. The rotation of fan impeller was simulated using the multiple reference frame (MRF) method. In general, a fan performance curve shows total pressures and volumetric flow rates delivered by the fan at constant speed of rotation. Therefore, the fan model was set to different operating conditions determined by the static gauge pressure at the model outlet. These gauge pressures may represent various pressure losses of a virtual duct system connected to the fan. Five operating points were simulated based on the gauge pressure at the model outlet set to 0, 100, 200, 300 and 350 Pa. For each operating point, the fan total pressure and the flow rate of standard air (density 1.2 kg/m3) were evaluated. The simulated performance curve was compared with the measured curve provided by the fan manufacturer. The simulated curve is very close to the measured one up to the fan total pressure of 250 Pa. For total pressures higher than 250 Pa, the simulated curve is lower than the measured one. The maximum total pressure estimated from the trend of simulated curve could be approximately 400 Pa while the measured maximum total pressure is 500 Pa.