Improvements to a compressor cooling calculation tool and the development of a fan characterization algorithm

In this work, a calculating tool which refers to a fan-cooler coupling of a compressor unit is improved. A basis of the tool already exists, including models for different types of coolers and a basic model for a fan. New models are thus developed in order to expand the original tool: codes regarding a pipe and flow resistances are included. Moreover, the fan model is analyzed and improved, for instance, with the extension of the use of the similarity approach considering the effect of the variation of the diameter. A fan characterization algorithm is also developed. The final aim is to get possible operating points of the fan as results of CFD simulations, this by exploiting the rotor disk model that is already available in OpenFoam. This model uses the Blade Element Theory (BET) to provide the momentum source generated by the fan. To do so, several steps are followed to extract the values of lift and drag coefficients for different sections of the fan's blade, since they are fundamental input for the rotor disk model. Finally, the operating points obtained from the CFD simulations are compared with the performance curve of the fan provided by the supplier.

In questo lavoro, uno strumento di calcolo riferito ad un accoppiamento fan-scambiatore di calore di un compressore industriale viene migliorato. Una base di questo strumento già esiste, includendo modelli per diversi tipi di scambiatore di calore e un modello base per un fan. Nuovi modelli sono quindi sviluppati in modo da espandere lo strumento originale: codici riguardo un condotto e resistenze fluidodinamiche sono aggiunti. Inoltre, il modello relativo al fan viene analizzato e migliorato, per esempio con l'estensione dell'uso della teoria della similitudine considerando l'effetto della variazione delle dimensioni di una macchina. Un algoritmo per la caratterizzazione di un fan è inoltre sviluppato. Lo scopo finale è quello di ottenere possibile punti operativi del fan come risultato di simulazioni CFD, sfruttando il modello del disco attuatore già disponibile in OpenFoam. Tale modello usa la Teoria dell'Elemento di Pala per determinare la sorgente di momento prodotta dal fan. Per fare questo, una procedura a più step è seguita per ricavare i valori dei coefficienti di portanza e di resistenza per alcune sezioni della pala del fan, dal momento che sono input fondamentali per il modello del disco attuatore. Infine, i punti operativi ottenuti dalle simulazioni CFD sono confrontati con quelli della curva di prestazione data dal fornitore.