طراحی پمپ جریان مختلط و تحلیل عددی و پارامتری آن با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد ،دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

 پمپ‌های جریان مختلط دارای کاربرد وسیع، راندمان بالا و دامنه گسترده تغییرات هد هستند. یکی از مسائل پر اهمیت در پمپ‌های جریان مختلط عملکرد در حالت گذرا است. باتوجه ‌به پیچیده بودن هندسه پمپ جریان مختلط و پیچیدگی در شبیه‌سازی، به‌خصوص در حالت گذرا، کم‌تر به تحلیل جریان گذرا در پمپ جریان مختلط پرداخته شده است. در این مقاله یک پمپ جریان مختلط با استفاده از نرم‌افزار CFturbo طراحی و در طی فرایند پایا و گذرا با استفاده از نرم‌افزار CFX تحلیل شد. برای اطمینان از صحت نتایج عددی، یک اعتبارسنجی انجام شد که نتایج عددی انطباق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشتند. دو مطالعه پارامتریک شامل، بررسی اثر تغییر زاویه خروجی پره در چهار زاویه متفاوت در حالت پایا و دو زاویه در حالت گذرا و اثر تغییر دور پمپ بر عملکرد آن بررسی شد. با افزایش زاویه خروجی پره تا زاویه 26 درجه راندمان افزایش و پس از آن کاهش یافت و با تغییر زاویه خروجی پره از 5/22 به 31 درجه هد پمپ در حدود %23 افزایش داشت. با بررسی اثر تغییر دور پمپ مشاهده شد که هد با افزایش و یا کاهش دور متناسب و راندمان با کاهش دور نسبت به نقطه طرح کاهش و با افزایش دور تغییر محسوسی نداشت. در طی فرایند گذرا، یک بیشینه هد لحظه‌ای که در حدود %27 بیشتر از هد طراحی است مشاهده شد که تغییرات هد در طی فرایند گذرا شامل سه مرحله است. در مرحله اول هد به‌صورت خطی افزایش می‌یابد و در مرحله دوم یک بیشینه هد لحظه‌ای رخ می‌دهد، در آخرین مرحله منحنی هد تمایل به پایداری پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1.       J. F. Gülich and J. F. Gülich, Operation of Centrifugal Pumps (Centrifugal Pumps). 2010, pp. 665-714.
2.       G. Wislicensus, "The Design of Mixed Flow Pumps," in Proceedings of the Symposium Held at the NEL Glasgow, 1965. 
3.       D. J. Myles, A Design Method for Mixed-Flow Fans and Pumps. Department of Scientific and Industrial Research, 1965.
4.       A. J. Stepanoff, "Centrifugal and Axial Flow Pumps," Theory, Design, and Application, 1957.
5.       F. A. Muggli, P. Holbein, and P. Dupont, "CFD Calculation of a Mixed Flow pump Characteristic From Shutoff to Maximum Flow," J. Fluids Eng., vol. 124, no. 3, pp. 798-802, 2002, doi: 10.1115/1.1478061.
6.       J.-H. Kim, H.-J. Ahn, and K.-Y. Kim, "High-efficiency design of a mixed-flow pump," Science in China Series E: Technological Sciences, vol. 53, no. 1, pp. 24-27, 2010, doi: 10.1007/s11431-009-0424-6.
7.       H. Bing and S. Cao, "Three-Dimensional Design Method for Mixed-Flow pump Blades With Controllable Blade wrap Angle," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 227, no. 5, pp. 567-584, 2013, doi: 10.1177/0957650913489296.
8.       S. Chaudhari, C. Yadav, and A. Damor, "A Comparative Study of Mix Flow Pump Impeller cfd Analysis and Experimental data of Submersible pump," International Journal of Research in Engineering & Technology (IJRET), vol. 1, no. 3, pp. 57-64, 2013.
9.       A. M. A. M. Akhlaghi, Sh. Jazayeri Moghaddas, and Y. Azizi, "Conceptual Design of a Centrifugal Compressor Impeller for a 65 KW MicroGas Turbine," Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, vol. 4, no. 1, pp. 1-16, 2015 (in Persian).
10.    M. R. E. a. A. R. R. M. Tashakori Bafghi, "Numerical Analysis of Fluid Structure Interaction Phenomenon on a Turbine Blade," Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, vol. 4, no. 2, pp. 11-1, 2016 (in Persian).
11.    H. Mirzabeh, M. Bazazzadeh, and E. V. a. M. J. Montazeri, "Numerical and Experimental Analyzes of Inner Stream and its Effect on Formation of Spray Angle at Dual-Base Swirl Injector in a Liquid Engine," Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, vol. 3, no. 2, pp. 35-46, 2015 (in Persian).
12.    A. Sekhavat Benis and R. Aghaei Togh, "Tree-Dimensional Study of the Effect of Tandem Compressor Pressure Ratio on Downstream Vortices," Journal of Fluid Mechanics and Aerodynamics, vol. 11, no. 1, pp. 145-158, 2022 (in Persian).
13.    J. Mao, S. Yuan, J. Pei, J. Zhang, and W. Wang, "Applications of Different Turbulence Models in Simulations of a large Annular Volute-Type Pump with the Diffuser," in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2014, vol. 22, no. 2: IOP Publishing, p. 022019, doi: 10.1088/1755-1315/22/2/022019. 
14.    W. Li, Y. Zhang, W. Shi, L. Ji, Y. Yang, and Y. Ping, "Numerical Simulation of Transient Flow Field in a Mixed-flow Pump During Starting Period," International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, vol. 28, no. 4, pp. 927-942, 2018, doi: 10.1108/HFF-06-2017-0220.
15.    W. Cao, W. Li, L. Ji, W. Shi, Z. Lu, and R. K. Agarwal, "Research of Transient Rotor–Stator Interaction Effect in a Mixed-Flow pump under Part-load Conditions," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 42, pp. 1-15, 2020, doi: 10.1007/s40430-019-2110-3.
16.    L. Ji, W. Li, W. Shi, and R. Agarwal, "Transient Characteristics of internal Flow Fields of mixed-Flow Pump with Different Tip Clearances under Stall Condition," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 235, no. 4, pp. 700-717, 2021, doi: 10.1177/0957650920962250.
17.    L. Yangping, M. Can, T. Lei, and H. Yadong, "Theoretical Model of Transient Mixed-Flow pump Start-up," Journal of Tsinghua University (Science and Technology), vol. 62, no. 12, pp. 1938-1944, 2022, doi: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.007.
18.    H. Zhang, F. Meng, L. Cao, Y. Li, and X. Wang, "The Influence of a Pumping Chamber on Hydraulic Losses in a Mixed-Flow Pump," Processes, vol. 10, no. 2, p. 407, 2022, doi: 10.3390/pr10020407.
19.    M. Liu, Y. Han, L. Tan, Y. Lu, C. Ma, and J. Gou, "Theoretical Prediction Model of Transient Performance for a Mixed flow Pump under Fast Start-up Conditions," Physics of Fluids, vol. 35, no. 2, 2023, doi: 10.1063/5.0138575.