Simulação e otimização de um compressor centrífugo de hidrogênio em condições supercríticas

• Processo: 21/04538-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2021
• Data de Término da vigência: 04 de maio de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Jurandir Itizo Yanagihara
• Beneficiário: Murillo Souza dos Santos Pereira Neto
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/06391-3 - Simulação e otimização de compressores centrífugos para hidrogênio puro e para misturas de hidrogênio e metano, BE.EP.DD
• Assunto(s): Simulação por computador Otimização Compressores Hidrogênio Turbulência Análise de sensibilidade Dinâmica dos fluidos computacional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: análise de sensibilidade | Cfd | Compressor | Fluidodinâmica Computacional | otimização | Simulação Computacional | Energia e Fluidos

Resumo

Como o hidrogênio contém uma grande quantidade de energia por unidade de massa e não produz emissões diretas de gases estufa, há uma considerável potencial no sentido de fortalecer a participação desse gás na matriz energética global. O transporte desse gás, dos pontos de produção aos locais de consumo, pode ser feito através de tubulações ou por navios e, em qualquer caso, são necessários compressores capazes de prover altas vazões de gás a altas pressões. Uma alternativa interessante para satisfazer essa demanda é o compressor centrífugo, que é o objeto de estudo do presente projeto de pesquisa. Dessa forma, os objetivos do projeto são: modelar e simular o compressor no interior de uma compressor em condições supercríticas; realizar uma análise de sensibilidade (SA) das funções objetivo com relação a parâmetros geométricos; otimizar a geometria a fim de maximizar a eficiência isentrópica e minimizar a potência de acionamento. O escoamento será modelado como permanente, compressível e turbulento, considerando o modelo de turbulência k-É SST e uma equação de estado, a ser posteriormente selecionada. A geometria e malha serão geradas através dos softwares ANSYS Vista CCD e ANSYS TurboGrid, além de se considerar que a malha passará por um estudo de convergência Simulações de fluidodinâmica computacional (CFD) serão realizadas através do software ANSYS CFX, cujas soluções serão analisadas numericamente e fenomenologicamente. Sobre a SA e a otimização: esse projeto visa a utilização de superfícies de resposta que atuem como modelos substitutos ao modelo CFD, a fim de avaliar as funções objetivo com maior rapidez. Ademais, serão adotados os métodos de Morris e o SS-ANOVA para a SA e a otimização será realizada através de um método baseado em algoritmo genético (NSGA-II). Finalmente, as geometrias ótimas serão simuladas via CFD e uma análise dos resultados será realizada. (AU)