Metodologia de Projeto do Conjunto Rotor-Difusor de Bombas Multifásicas com Base em CFD e Técnicas de Otimização
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) |
Texto Completo: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/1897 |
Resumo: | Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto hidrodinâmico do estágio, Rotor-Difusor, de uma bomba multifásica hélico-axial (BMHA) operando escoamento bifásico, água-ar. O procedimento de projeto foi realizado com base em metodologias convencionais de rotores axiais, através da aplicação de um método de abordagem combinada, que usa a teoria da asa da sustentação, a condição de vórtice livre, a equação de equilíbrio radial, conceitos de escoamento bifásico e o relatório técnico 824 NACA. Posteriormente, foram utilizadas técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para determinar as principais características de desempenho da bomba numa ampla faixa de operação. Por último, é utilizado um procedimento de otimização com o objetivo de atingir a máxima eficiência possível, através da parametrização geométrica de algumas caraterísticas do difusor. Para isso foram empregadas diferentes ferramentas, que auxiliaram num processo mais abrangente, começando com FORTRAN, onde se programou o código do projeto hidrodinâmico, que gerou as coordenadas das geometrias do Rotor-Difusor, seguido do uso de diferentes programas do pacote ANSYS (BladeGen®, TurboGrid® e CFX15®) para às análises do escoamento, finalizando com a integração de FORTRAN (com o código para geração da superfície de resposta) e ferramentas de ModeFrontier® (onde se otimizou sobre a superfície de resposta usando Algoritmos Genéticos) para o procedimento de otimização. A integração de técnicas de CFD, a construção de superfícies de resposta e Algoritmos Genéticos mostrou-se como uma ferramenta apropriada para o projeto do estágio da BMHA, pois permitiu definir eficazmente alguns parâmetros geométricos, conseguindo melhorar o desempenho da bomba multifásica e reduzindo consideravelmente o custo computacional. |
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Posteriormente, foram utilizadas técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para determinar as principais características de desempenho da bomba numa ampla faixa de operação. Por último, é utilizado um procedimento de otimização com o objetivo de atingir a máxima eficiência possível, através da parametrização geométrica de algumas caraterísticas do difusor. Para isso foram empregadas diferentes ferramentas, que auxiliaram num processo mais abrangente, começando com FORTRAN, onde se programou o código do projeto hidrodinâmico, que gerou as coordenadas das geometrias do Rotor-Difusor, seguido do uso de diferentes programas do pacote ANSYS (BladeGen®, TurboGrid® e CFX15®) para às análises do escoamento, finalizando com a integração de FORTRAN (com o código para geração da superfície de resposta) e ferramentas de ModeFrontier® (onde se otimizou sobre a superfície de resposta usando Algoritmos Genéticos) para o procedimento de otimização. A integração de técnicas de CFD, a construção de superfícies de resposta e Algoritmos Genéticos mostrou-se como uma ferramenta apropriada para o projeto do estágio da BMHA, pois permitiu definir eficazmente alguns parâmetros geométricos, conseguindo melhorar o desempenho da bomba multifásica e reduzindo consideravelmente o custo computacional.Metodologia de Projeto do Conjunto Rotor-Difusor de Bombas Multifásicas com Base em CFD e Técnicas de Otimizaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisItajubáUniversidade Federal de Itajubá141 p.TurbomáquinaBomba Multifásica Hélico-AxialEscoamento BifásicoProjeto HidrodinâmicoDinâmica dos Fluidos ComputacionalCaracterísticas de DesempenhoOtimizaçãoSuperfícies de RespostaAlgoritmos GenéticosTurbomachineryHélico-axial Multiphase PumpsTwo-phase FlowHydrodynamic DesignComputational Fluid Dynamics (CFD)Performance CharacteristicsOptimization,Response Surface MethodologyGenetic AlgorithmsCAMACHO, Ramiro Gustavo RamirezOLIVEIRA, Waldir deEngenharia MecânicaTérmica, Fluidos e Máquinas de FluxoGAMBOA, Yina Faizully QuinteroPrograma de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia MecânicaIEM - Instituto de Engenharia Mecânicaporreponame:Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)instname:Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)instacron:UNIFEIinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALtese_2017038.pdftese_2017038.pdfapplication/pdf6327906https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/1897/1/tese_2017038.pdf13fb09db6ba1e54b871678e7fae7cc9cMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/bitstream/123456789/1897/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52123456789/18972024-02-15 07:11:30.744oai:repositorio.unifei.edu.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unifei.edu.br/oai/requestrepositorio@unifei.edu.br || geraldocarlos@unifei.edu.bropendoar:70442024-02-15T10:11:30Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI) - Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)false |
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