Improved preliminary geometry for SCO2 centrifugal compressors through full 1D modeling

• Autor(a) principal: Gonçalves, Gustavo Singulane
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/242553
• topic: Compressores; Fluidodinâmica computacional; Perdas; Centrifugal compressor; CFD; One-dimensional model; Loss models

Para prolongar a vida útil dos depósitos de petróleo e, portanto, o lucro deles, uma técnica chamada Enhanced Oil Recovery (EOR) pode ser usada. Um dos métodos para realizar essa técnica é a reinjeção de CO2 no reservatório de óleo, o que não apenas aumenta a vida útil do campo petrolífero, mas também fornece uma maneira de sequestrar permanentemente o dióxido de carbono. Para atingir as altas pressões necessárias para a reinjeção em tais profundidades, compressores supercríticos de CO2 devem ser desenvolvidos. A análise numérica do comportamento termo-hidráulico desses equipamentos geralmente leva a um alto custo computacional para simulações 3D. A fim de fornecer resultados mais rápidos e confiáveis, um código para o compressor completo foi escrito na linguagem de programação Python, sendo uma alternativa de código aberto para obter resultados preliminares que possam fornecer um ponto de partida para a geometria do compressor centrífugo para um projeto 3D. Para uma modelagem 1D completa, um compressor centrífugo de CO2 supercrítico com rotor, difusor sem palhetas e voluta é considerado. Os modelos 1D disponíveis na literatura relacionados à geometria e perdas foram estudados e implementados sob as hipóteses: estado estacionário, difusor sem palhetas, largura de passagem constante no difusor, ângulo constante entre as velocidades tangencial, meridional e absoluta ao longo do difusor e escoamento incompressível na voluta. Oito parâmetros geométricos são submetidos a um método de análise de sensibilidade de triagem usando o modelo 1D e seu impacto na eficiência isentrópica, potência necessária e recuperação de pressão são avaliados. Um modelo de compressor 3D consistindo de um impulsor e difusor é simulado, assumindo o fluxo de estado estacionário, modelo de turbulência SST k-ômega e equação de estado de Span e Wagner. Uma geometria 3D aprimorada é criada com base nos resultados obtidos por análise de sensibilidade de Morris, avaliações 1D e 3D. O modelo 1D é validado através de dados experimentais e o modelo 3D é usado para melhor compreensão das diferenças dos fenômenos físicos entre os designs originais e aprimorados. Esta metodologia pode aumentar significativamente o desempenho da máquina usando recursos computacionais relativamente baixos.