A Mathematical Model of Mixing Two Air Flows with Different Characteristics for Compressor Mode Control
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-4-173-181Keywords:
air flow, mixing, tee joint, mathematical model, experiment, field testsAbstract
The mixing of air flows produced by different compressors is studied. A mathematical model for calculating the parameters determining the compressor operation mode when the flows are mixed is proposed. The model consists of a system of algebraic equations, including the continuity equation and the momentum conservation equation, which reflect the parameters of air flows in the course of their interaction. Experimental studies were conducted on a laboratory setup to identify the factors influencing the parameters of mixing air flows. Based on the study results, an empirical formula has been obtained for calculating the tee joint local flow friction coefficient, which reflects the pressure loss degree in the air flows during their mixing. The calculations performed on the model with taking into account experimentally obtained data have been verified in the course of field tests on operating equipment at one of the country's enterprises. The obtained dependencies and the verified mathematical model form the basis for developing algorithms of systems for automatically controlling the coordinated operation of compressors, allowing to stabilize the mixed flow parameters.
References
1. Коршиков Г.В. Энциклопедический словарь-справочник по металлургии. Липецк: Липецкое изд-во Госкомпечати РФ, 1998.
2. Шомов П.А. и др. Прогнозирование рабочей точки центробежного турбокомпрессора и совершенствование алгоритма АСУТП противопомпажной защиты на основе математического моделирования // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2025. № 4. С. 12—18.
3. Хисамеев И.Г. и др. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. Казань: Изд-во «ФЭН», 2010.
4. Хадиев М.Б., Зиннатуллин Н.Х., Нафиков И.М. Механизм помпажа в центробежных компрессорах // Вестник Казанского технологического ун-та. 2014. Т. 17. № 8. С. 262—266.
5. Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М.: Энергия, 1968.
6. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Издат. дом МЭИ, 2016.
7. Нечаев Ю.Н., Федоров Р.М. Теория авиационных газотурбинных двигателей. Ч. I. М.: Машиностроение, 1977.
8. Бакулев В.И. и др. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. М.: Изд-во МАИ, 2003.
9. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
10. Центробежные компрессоры для доменных печей — К5500-41-1М [Электрон. ресурс] https://energybase.ru/equipment/tsentrobezhnie-kompressori-dlya-domennih-pechei-k5500-41-1m (дата обращения 26.01.2025).
---
Для цитирования: Шомов П.А., Шинкевич Д.А., Кулагин С.М., Муравьев И.К. Математическая модель процесса смешения двух воздушных потоков с различными характеристиками с целью регулирования режимов работы компрессоров // Вестник МЭИ. 2026. № 4. С. 173—181. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-173-181
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Korshikov G.V. Entsiklopedicheskiy Slovar'-spravochnik po Metallurgii. Lipetsk: Lipetskoe Izd-vo Goskompechati RF, 1998. (in Russian).
2. Shomov P.A. i dr. Prognozirovanie Rabochey Tochki Tsentrobezhnogo Turbokompressora i Sovershenstvovanie Algoritma ASUTP Protivopompazhnoy Zashchity na Osnove Matematicheskogo Modelirovaniya. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2025;4:12—18. (in Russian).
3. Hisameev I.G. i dr. Proektirovanie i Ekspluatatsiya Promyshlennyh Tsentrobezhnyh Kompressorov. Kazan': Izd-vo «FEN», 2010. (in Russian).
4. Hadiev M.B., Zinnatullin N.H., Nafikov I.M. Mekhanizm Pompazha v Tsentrobezhnyh Kompressorah. Vestnik Kazanskogo Tekhnologicheskogo Un-ta. 2014;17(8):262—266. (in Russian).
5. Cherkasskiy V.M., Romanova T.M., Kaul' R.A. Nasosy, Kompressory, Ventilyatory. M.: Energiya, 1968. (in Russian).
6. Kirillin V.A., Sychev V.V., Sheyndlin A.E. Tekhnicheskaya Termodinamika. M.: Izdat. Dom MEI, 2016. (in Russian).
7. Nechaev Yu.N., Fedorov R.M. Teoriya Aviatsionnyh Gazoturbinnyh Dvigateley. Ch. I. M.: Mashinostroenie, 1977. (in Russian).
8. Bakulev V.I. i dr. Teoriya, Raschet i Proektirovanie Aviatsionnyh Dvigateley i Energeticheskih Ustanovok. M.: Izd-vo MAI, 2003. (in Russian).
9. Idel'chik I.E. Spravochnik po Gidravlicheskim Soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1992. (in Russian).
10. Tsentrobezhnye Kompressory dlya Domennyh Pechey — K5500-41-1M [Elektron. Resurs] https://energybase.ru/equipment/tsentrobezhnie-kompressori-dlya-domennih-pechei-k5500-41-1m (Data Obrashcheniya 26.01.2025). (in Russian)
---
For citation: Shomov P.A., Shinkevich D.A., Kulagin S.M., Myraviev I.K. A Mathematical Model of Mixing Two Air Flows with Different Characteristics for Compressor Mode Control. Bulletin of MPEI. 2026;4:173—181. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-173-181
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
