Numerical study of the effect of decreasing the operational pressure on NASA-R37 axial compressor

Abstract

[ES] Este documento detalla el estudio de la disminución de la presión de operación utilizando el modelo ROTOR-37 de la NASA, un compresor axial 3D con geometría detallada. Se utilizan simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para estudiar la transición en la presión de operación, desde 100 kPa hasta 4 kPa. Se analizan cuatro casos: 100 kPa, 40 kPa, 10 kPa y 4 kPa, para asegurar una transición suave y estudiar el efecto de la disminución de presión de operación. Se describen los modelos numéricos y métodos de convergencia utilizados para todos los casos. Se comparan los diferentes patrones, efectos y diferencias que aparecen a medida que disminuye la presión de operación en el compresor, manteniendo constante el flujo másico corregido en todos los casos. El objetivo es analizar los cambios en el rendimiento que experimentaría un compresor axial en entornos de baja presión de operación, como sería el caso si se usara dicho compresor en sistemas de transporte Hyperloop. Los hallazgos ofrecen valiosos conocimientos sobre el comportamiento de compresores axiales a baja presión. La presencia de capas límite laminares para bajas presiones de funcionamiento produce menores rendimientos en el compresor. Por lo tanto, el compresor debe optimizarse para su uso en bajas presiones.

[EN] This document details the study of the decrease in the operational pressure using NASA's ROTOR-37 model, a 3D axial compressor with a detailed geometry. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations on the ROTOR-37 model are used to study the transition in operational pressure, from 100 kPa to 4 kPa. Four cases are studied, 100 kPa, 40 kPa, 10 kPa and 4 kPa, to ensure a smooth transition and study the effect of the operational pressure decrease among certain values. The numerical models and convergence methods used are described for all the cases. The different patterns, effects and differences that appear in the distinct cases are compared as the operating pressure in the compressor decreases, while maintaining the corrected mass flow rate constant in all the cases. The objective is to analyze the changes in performance that an axial compressor would experience under low operational pressure environments, which would be the case if such compressor were used for Hyperloop transportation systems. The findings offer valuable insights on the low pressure behavior for axial compressors. The presence of laminar boundary layers for low pressures of operation produces lower performances in the compressor. Therefore, the compressor requires to be optimized for low pressures uses.

[CA] Aquest document detalla l’estudi de la disminució de la pressió d’operació utilitzant el model ROTOR-37 de la NASA, un compressor axial 3D amb geometria detallada. S’utilitzen simulacions de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) per a estudiar la transició en la pressió d’operació, des de 100 kPa fins a 4 kPa. S’analitzen quatre casos: 100 kPa, 40 kPa, 10 kPa i 4 kPa, per a assegurar una transició suau i estudiar l’efecte de la disminució de la pressió d’operació. Es descriuen els models numèrics i mètodes de convergència utilitzats per a tots els casos. Es comparen els diferents patrons, efectes i diferències que apareixen a mesura que disminueix la pressió d’operació en el compressor, mantenint constant el flux màssic corregit en tots els casos. L’objectiu és analitzar el canvi en el rendiment que experimentaria un compressor axial en entorns de baixa pressió d’operació, com seria el cas si s’utilitzara aquest compressor en sistemes de transport Hyperloop. Les troballes ofereixen valuosos coneixements sobre el comportament de compressors axials a baixa pressió. La presència de capes límit laminars per a baixes pressions de funcionament produïx menors rendiments en el compressor. Per tant, el compressor ha d’optimitzar-se per al seu ús en baixes pressions.