تحلیل سیالاتی پدیده کاویتاسیون پمپ OH1 150-500 و طراحی عددی پیشران و بررسی نتایج تست تجربی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 داﻧﺸﯿﺎر، ﮔﺮوه ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ﻣﮑﺎﻧﯿﮏ، داﻧﺸﮕﺎه ﺗﺒﺮﯾﺰ، ﺗﺒﺮﯾﺰ، اﯾﺮان

2 ﮐﺎرﺷﻨﺎﺳﯽ ارﺷﺪ، ﮔﺮوه ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ ﻣﮑﺎﻧﯿﮏ، داﻧﺸﮕﺎه ﺗﺒﺮﯾﺰ، ﺗﺒﺮﯾﺰ، اﯾﺮان

چکیده

پدیده کاویتاسیون جزو مهمترین مباحث در صنعت پمپ سازی می‌باشد. رخداد این پدیده در پمپ، علاوه بر آسیب زدن به پروانه پمپ و کاهش طول عمر آن باعث ایجاد ارتعاش و سرو صدا شده که در دراز مدت موجب از کار افتادن پمپ می‌شود. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که NPSHa (هد مکش مثبت خالص موجود در ایستگاه) کمتر از NPSHr(هد مکش مثبت خالص مورد نیاز پمپ) باشد. هدف این مقاله طراحی یک ایندیوسر مناسب برای پمپ‌ گریز از مرکز نوع OH1 150-500 در قسمت ورودی پمپ به منظور جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون می باشد تا مقدار NPSHr کاهش پیدا کند و ضریب اطمینان بیشتری حاصل گردد. برای مدلسازی آشفتگی، مدل توربولانسی K-Omega SST با تابع دیواره استاندارد استفاده شده است. همچنین روش عددی حجم محدود در این مقاله به کار رفته است. نتایج عددی حاصله با نتایج تجربی مقایسه شده و تطابق قابل قبولی را ارائه می‌کنند. نتایج نشان می‌دهد وجود ایندیوسر در ورودی پمپ باعث افزایش اختلاف NPSH از عددی کمتر از1‌متر به بیشتر از 2‌متر و درنتیجه باعث دورتر شدن از نقطه وقوع کاویتایسون می شود.

کلیدواژه‌ها


[1] https://www.youtube.com/watch?v=U-uUYCFDTrc&t=29s
[2] Cavitation erosion testing on purchaser’s pump PSP 250/40, Internal TestReport on Tests done at HRC-KBL-KOV for M/s IGCAR, Nov. 1999
[3] https://www.youtube.com/watch?v=U-uUYCFDTrc&t=29s
[4] Jakobsen JK, Keller Jr R (1971) Liquid rocket engine turbopump inducers. NASA SP-8052, 98 pages, published by NASA, Washington, D.C.
[5] Coutier-Delgosha, O., Reboud, J. L., & Fortes-Patella, R. (2002). Numerical study of the effect of the leading edge shape on cavitation around inducer blade sections. JSME International Journal Series B Fluids and Thermal Engineering, 45(3), 678-685.
[6] Bakir, F., Rey, R., Gerber, A. G., Belamri, T., & Hutchinson, B. (2004). Numerical and experimental investigations of the cavitating behavior of an inducer. International Journal of Rotating Machinery, 10.
[7] Coutier-Delgosha, O., Morel, P., Fortes-Patella, R., & Reboud, J. L. (2005). Numerical simulation of turbopump inducer cavitating behavior. International Journal of Rotating Machinery, 2005.
[8] Okita, K., Ugajin, H., & Matsumoto, Y. (2009). Numerical analysis of the influence of the tip clearance flows on the unsteady cavitating flows in a three-dimensional inducer. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 21(1), 34-40.
[9] Jafarzadeh, B., Hajari, A., Alishahi, M. M., & Akbari, M. H. (2011). The flow simulation of a low-specific-speed high-speed centrifugal pump. Applied Mathematical Modelling, 35(1), 242-249.
[10] Guo, X., Zhu, Z., Cui, B., & Li, Y. (2015). Effects of the short blade locations on the anti-cavitation performance of the splitter-bladed inducer and the pump. Chinese Journal of Chemical Engineering, 23(7), 1095-1101.
[11] Fu, Y., Yuan, J., Yuan, S., Pace, G., & d’Agostino, L. (2017). Effect of tip clearance on the internal flow and hydraulic performance of a three-bladed inducer. International Journal of Rotating Machinery, 2017.
[12] Guo, X. M., Zhu, Z. C., Shi, G. P., & Huang, Y. (2017). Effects of rotational speeds on the performance of a centrifugal pump with a variable-pitch inducer. Journal of hydrodynamics, 29(5), 854-862.
[13] Cheng, X. R., Liu, H., Tu, Y. X., Wei, Y. Q., & Zhang, S. Y. (2018, July). Effect of inducer sweepback on cavitation performance of centrifugal pump. In IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. (Vol. 163, p. 012107).
[14] Jiang, J., Li, Y. H., Pei, C. Y., Li, L. L., Fu, Y., Cheng, H. G., & Sun, Q. Q. (2019). Cavitation performance of high-speed centrifugal pump with annular jet and inducer at different temperatures and void fractions. Journal of Hydrodynamics, 31(1), 93-101.
[15] Shojaeefard, M. H., Hosseini, S. E., & Zare, J. (2019). CFD simulation and Pareto-based multi-objective shape optimization of the centrifugal pump inducer applying GMDH neural network, modified NSGA-II, and TOPSIS. Structural and Multidisciplinary Optimization, 60(4), 1509-1525.
[16] Yang, B., Li, B., Chen, H., & Liu, Z. (2019). Entropy production analysis for the clocking effect between inducer and impeller in a high-speed centrifugal pump. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 233(15), 5302-5315.
[17] Parikh, T., Mansour, M., & Thevenin, D. (2020). Investigations on the effect of tip clearance gap and inducer on the transport of air-water two-phase flow by centrifugal pumps. Chemical Engineering Science, 218, 115554.
[18] Cheng, X., Jia, N., Lv, B., & Chen, H. (2020). Effect of meridian plane dip angle of the variable pitch inducer blade on cavitation performance of high‑speed centrifugal pump. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 42(5).
[19] Currie I.G., Fundamental Mechanics of Fluids, CRC Press, New York, 2012.
 ]20[ حیدری‌نژاد ق،. مقدمه ای بر توربولانس. دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 1388.
[21] Fluent, ANSYS Fluent Theory Guide, Release 15, 2013.