NUMERICAL SIMULATION OF LABYRINTH SEALS FOR PULSED COMPRESSION REACTORS (PCR)
Um sistema de vedação é proposto usando selos de labirinto para minimizar vazamentos de gás, para o qual parâmetros geométricos triangulares, retangulares e trapezoidais são avaliados. Para cada uma das geometrias foi otimizado um conjunto de parâmetros minimizando o vazamento de gás, utilizando o algoritmo genético multi-objetivo (MOGA), atualizando em cada etapa a geometria empregando um algoritmo Ansys SpaceClaim Python definido pelo usuário. Para um novo conjunto de parâmetros (altura, largura e ângulo da forma, espaço entre cavidades e comprimento do pistão), o script cria a geometria de limite e a malha. A análise CFD avalia o vazamento de gás para a geometria dada e as condições de contorno constantes (pressão de entrada de 10 MPa, velocidade do pistão de 25 m / s, folga do pistão / cilindro de 40 µm e gás metano ideal) e usa esses dados como entrada para MOGA. Os valores definidos de entrada foram reduzidos a quantidades fabricáveis, portanto, valores finitos ou discretos podem ser usados nas iterações. A análise das propriedades distribuídas como velocidade, temperatura e pressão, no interior da cavidade, mostrou um regime laminar estável com perda de energia devido ao incremento de entropia. Os parâmetros mais sensíveis são o comprimento do pistão e a altura da cavidade para todos os formatos. O formato trapezoidal apresentou o melhor desempenho em minimizar o vazamento do fluxo de massa.
NUMERICAL SIMULATION OF LABYRINTH SEALS FOR PULSED COMPRESSION REACTORS (PCR)
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DOI: 10.22533/at.ed.84921180813
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Palavras-chave: Selos de labirinto, reator de compressão pulsado, simulação CFD, Ansys Fluent
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Keywords: Labyrinth seals, pulsed compression reactor, CFD simulation, Ansys Fluent
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Abstract:
A sealing system is proposed using labyrinth seals to minimize gas leaks, for which triangular, rectangular, and trapezoidal geometric parameters are evaluated. For each one of the geometries a group of parameters were optimized minimizing the gas leakage, using the multi-objective genetic algorithm (MOGA), updating in each step the geometry employing a user defined Ansys SpaceClaim Python algorithm. For a new set of parameters (height, width, and angle of the shape, space between cavities, and piston length) the script creates the boundary geometry and meshing. The CFD analysis evaluates the gas leakage for the given geometry and constant boundary conditions (10 MPa inlet pressure, 25 m/s piston speed, 40 µm piston/cylinder gap, and ideal methane gas), and uses this data as input to MOGA. The input set values were reduced to manufacturable quantities, so finite or discrete values can be used across the iterations. The analysis of distributed properties such as velocity, temperature, and pression, inside the cavity, showed a steady laminar regime with an energy loss due to entropy increment. The most sensitive parameters are the piston length and height cavity for all shapes. The trapezoidal shape presented the best performance in minimizing the mass flow leakage.
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Número de páginas: 12
- Briam R. Velasquez
- Arioston Araújo de Morais Jr.
- Leopoldo O. Alcázar
- Hermann E. Alcázar
