پيش‌بيني عملكرد پمپ گريز از مركز به‌ عنوان توربين و تاثير پره‌هاي جداكننده

Prediction of Pump Performance as Turbine and Splitter Blades Effect

پمپ‌هاي گريز از مركز با توجه به سادگي طراحي و ساخت نسبت به توربين‌هاي هيدروليكي، به‌صورت معكوس به‌عنوان توربين نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. كاربرد پمپ‌هاي شعاعي به‌عنوان توربين باعث تغييراتي در مشخصه‌هاي عملكردي آن مي‌گردد. در اين بررسي، يافتن نقطه بهينه كاركرد پمپ در حالت توربين به صورت عددي مورد مطالعه قرار گرفته و منحني‌هاي عملكردي با روش شبيه‌سازي عددي استخراج شده است. با توجه به اينكه پره‌هاي جداكننده به‌عنوان روشي براي بهبود عملكرد توربوماشين‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، در اين بررسي نيز علاوه بر شبيه‌سازي كاركرد پمپ اصلي به‌عنوان توربين، به تأثير پره‌هاي جداكننده بر عملكرد پمپ به‌عنوان توربين پرداخته خواهد شد. شبيه‌سازي با روش حجم محدود براي حل معادلات اساسي جريان انجام گرفته است. معادلات مومنتم و پيوستگي به صورت متوسط زماني استفاده شده و از جمله‌ي چشمه براي اثرات شتاب كريوليس و جانب مركز استفاده مي‌گردد. با توجه به ماهيت آشفته جريان در داخل توربين، مدل آشفتگي k-ω SST با تابع ديواره استاندارد مورد استفاده قرارگرفته است. تحليل شبه پايا توسط روش چند دستگاه مختصاتي انجام پذيرفته و نتايج توسط رابط روتور ايستا استخراج مي‌گردد. نتايج حاكي از افزايش دبي مربوط به نقطه‌ي بهترين راندمان به هنگام كاركرد توربيني بوده و از طرف ديگر توان پمپ به‌عنوان توربين با پره‌هاي جداكننده افزايش يافته است. در برابر اين افزايش توان، احتمال وقوع پديده كاويتاسيون در حضور پره‌هاي جداكننده كاهش مي‌يابد.

Pumps are used in reverse direction as hydraulic turbines due to their simple structure but use of a pump as a turbine changes its characteristics. In this study reverse operation of a centrifugal pump is numerically investigated so Best Efficiency Point (BEP) and performance diagrams are obtained. Splitter blades as a passive flow control were used in many turbo machineries and are suggested in this study for pumps as turbines. Governing equations including continuity and momentum equations were employed in time-averaged form due to turbulent behavior of flow. Source term of momentum equation was used to consider rotating effect of impeller such as Coriolis acceleration and centrifugal force. Proposed numerical method uses k-ω SST turbulent model with standard wall function .To simulate the flow in rotating and stationary parts of the turbo machine, Multi Reference Frame (MRF) analysis was employed along with Frozen Rotor technique. Results showed that efficiency was improved and BEP tends to occur at higher flow rates in splitter bladed impellers, which results in higher energy production. On the other hand cavitation risk is reduced by means of splitter blades.