بررسي عددي ساختار جريان و عملكرد پمپ سانتريفيوژ با رخداد كاويتاسيون

Numerical Investigation of Flow Structure and Performance of Centrifugal Pump with Cavitation

در مقاله حاضر، شبيه سازي عددي جريان جهت شناسايي رخداد كاويتاسيون و جزئيات شكل گيري و اثرات آن، در پمپ سانتريفيوژ از نوع 250- 100 شركت پمپيران با نرم افزار انسيس سي – اف – ايكس پرداخته شده‌است. در شبيه سازي كاويتاسيون، جريان به صورت دو فاز آب و بخارآب در نظر گرفته شده‌است. از معادله رايلي- پلست جهت بررسي رشد و فروپاشي حباب بخار استفاده شده‌است. به منظور اعتبارسنجي نتايج عددي، منحني‌هاي مشخصه پمپ از مطالعه حاضر استخراج و با نتايج مشابه تجربي مقايسه گرديده است. ميزان انحراف نتايج عددي حاضر با نتايج تجربي در دبي طراحي پمپ 6/5 درصد مي‌باشد. مشخص مي‌گردد كه كاويتاسيون در فشارهاي ورودي كمتر از 45 كيلو‌پاسكال رخ مي‌دهد. با كاهش فشار ورودي از 40 كيلوپاسكال تا 20 كيلوپاسكال، ميزان جدايش جريان افزايش يافته و موقعيت آن از ابتداي پره به نواحي داخلي پره منتقل مي‌شود. موقعيت رخداد كاويتاسيون در0/14 تا 0/24 گذرگاه و همچنين ابتداي پره‌ها رخ مي‌دهد. به نحوي كه كاويتاسيون لبه حمله به سمت مناطق داخلي پره انتقال مي‌‌يابد. ميزان كسر حجمي بخار در اين قسمت‌‌ها به ترتيب از 0/04 به 0/96 افزايش يافته‌است. با رخداد كاويتاسيون در هد مكش مثبت خالص برابر با 1/52، افت 3 درصدي هد مشاهده مي‌گردد.

In the present paper, the numerical simulation of the flow to identify the cavitation and its effects inside the centrifugal pump of 100-250 type of Pumpiran Company, including the impeller and volute of the pump, has been done. The Rayleigh–Plesset equation was employed to study the growth and collapse of the vapor bubble. In order to validate the numerical results, the pump curves were extracted from the present study and compared with similar experimental. The deviation of the present numerical results with the experimental ones in the pump design flow rate is 6.5%. It is found that cavitation occurs at inlet pressures of less than 45 kPa. By reducing the inlet pressure from 40 kPa to 20 kPa, the flow separation rate also increases and its position is transferred from the beginning of the blade to the inner areas of the blade. The position of cavitation occurs at 0.14 to 0.24 of the passage as well as at the beginning of the blades. The volume fraction of steam in these parts has increased from 0.04 to 0.96, respectively. With cavitation in the net positive suction head equal to 1.52, a 3% drop of the head is observed in the diagrams.