Numerical Optimization of Volute in Centrifugal Turbofan using different pseudo-spiral exponentials.

Titan is an existing centrifugal turbofan developed by A.M.T R&D mainly for industrial purposes. It consist of novel design impeller, inlet cone variable diffusor vanes. The thesis focuses on the optimization of volute, the component integral in collecting and transferring fluid with radial, tangential, and axial flow properties to a small exit duct. Objective is to design and optimize a volute for the model. The primary design challenge involves achieving perfect alignment with the diffuser exit and efficient fluid transfer to a duct with a 325mm exit diameter. The study concentrates on altering the spiral of the volute to enhance performance. The research methodology begins with the creation of six numerical models using MATLAB. Subsequently, Autodesk Inventor is employed to translate these models into physical components. The intricate nature of handling the part is emphasized for alignment, and surface extraction is meticulously executed for the application of boundary conditions. Mesh generation for all six models is facilitated through Salome. Variable vane diffusor impact on the model is analyzed by using two different configurations of diffusor vanes, one with 8.8-degree is the primary diffusor incorporated. And the other one is with 15-degree off design configuration. Simulations are conducted in OpenFOAM, employing steady-state simulations for all six models with two diffusor configurations. The comprehensive study extends to the analysis of each component's behavior, emphasizing pressure ratio between inlet and exit, velocity ratios, and turbulence characteristics. The overarching objective is to evaluate and rank the six volute models with two different diffusor setups of 8.8-degree vane and 15-degree vane using a Design of Experiments (DoE) algorithm. The post processing is done using Para-Foam has powerful tools to read and extract OpenFOAM data. But to proceed further in optimization with the same DoE, the volute with other variables like throat, and rpm will be used on future dynamic studies.

Titan è un turboventilatore centrifugo esistente sviluppato da A.M.T R&D principalmente per scopi industriali. È costituito da una girante dal design innovativo e da alette diffusori variabili con cono di ingresso. La tesi si concentra sull'ottimizzazione della voluta, il componente integrale nella raccolta e nel trasferimento del fluido con proprietà di flusso radiale, tangenziale e assiale verso un piccolo condotto di uscita. L'obiettivo è progettare e ottimizzare una voluta per il modello. La sfida progettuale principale prevede il raggiungimento del perfetto allineamento con l'uscita del diffusore e un efficiente trasferimento del fluido a un condotto con un diametro di uscita di 325 mm. Lo studio si concentra sulla modifica della spirale della voluta per migliorare le prestazioni. La metodologia di ricerca inizia con la creazione di sei modelli numerici utilizzando MATLAB. Successivamente, Autodesk Inventor viene utilizzato per tradurre questi modelli in componenti fisici. La natura complessa della gestione della parte viene enfatizzata per l'allineamento e l'estrazione della superficie viene eseguita meticolosamente per l'applicazione delle condizioni al contorno. La generazione di mesh per tutti e sei i modelli è facilitata da Salome. L'impatto del diffusore ad aletta variabile sul modello viene analizzato utilizzando due diverse configurazioni di alette del diffusore, una con 8,8 gradi è il diffusore primario incorporato. E l'altro è con una configurazione di progettazione di 15 gradi. Le simulazioni sono condotte in OpenFOAM, impiegando simulazioni a stato stazionario per tutti e sei i modelli con due configurazioni di diffusore. Lo studio completo si estende all'analisi del comportamento di ciascun componente, enfatizzando il rapporto di pressione tra ingresso e uscita, i rapporti di velocità e le caratteristiche di turbolenza. L'obiettivo generale è valutare e classificare i sei modelli a voluta con due diverse configurazioni del diffusore di aletta da 8,8 gradi e aletta da 15 gradi utilizzando un algoritmo di progettazione degli esperimenti (DoE). La post-elaborazione viene eseguita utilizzando Para-Foam dotato di potenti strumenti per leggere ed estrarre i dati OpenFOAM. Ma per procedere ulteriormente nell'ottimizzazione con lo stesso DoE, la voluta con altre variabili come gola e giri/min verrà utilizzata nei futuri studi dinamici.