تخمين ضرايب لغزش پمپ گريز از مركز در شرايط كاري خارج از نقطه طرح با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي

Estimation of a centrifugal pump slip factors at off-design conditions using computational fluid dynamics

ضريب لغزش يكي از پارامترهاي مهم در طراحي هيدروليكي و تخمين عملكرد پمپ هاي گريز از مركز محسوب مي شود. اطلاع از چگونگي وابستگي اين پارامتر به نرخ جريان عبوري از پمپ به منظور پيش بيني عملكرد پمپ در شرايط كاري خارج از نقطه طرح امري ضروري است. در اين مقاله تغييرات ضريب لغزش در دبي هاي مختلف براي يك پمپ گريز از مركز به كمك شبيه-سازي عددي مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور، معادلات سه بعدي RANS با استفاده از دستگاه معادلات چندگانه و با به كار گيري مدل آشفتگي RNG k-? براي دبي هاي مختلف، در بازه %45 تا %120 دبي نامي، توسط نرم افزار CFX حل شده است. صحت حل عددي از طريق مقايسه منحني هاي مشخصه حاصل از حل عددي با داده هاي تجربي بررسي شده است. نتايج به-دست آمده نشان مي دهد تطابق خوبي ميان مقادير محاسبه شده از تحليل عددي و داده هاي آزمايشگاهي براي پيش بيني توزيع سرعت، ضرايب لغزش و عملكرد كلي پمپ وجود دارد.همچنين، توانايي مدل هاي مختلف لغزش براي پيش بيني روند تغييرات اين پارامتر با دبي ارزيابي شده است. اين نتايج نشان مي دهد كه حل عددي نسبت به ساير مدل هاي موجود روند تغييرات ضريب لغزش در اثر تغييرات دبي را با دقت بيشتري پيش بيني مي كند.

Slip factor is one of the most important parameters used in centrifugal pumps performance prediction. Knowing this parameter as a function of flow rate seems essential for off-design performance prediction. In this paper, it is intended to establish the slip factor dependence upon flow rate for a centrifugal pump using computational fluid dynamics. For this purpose, the full 3D-RANS equations in coupled with RNG k-? turbulence model were solved for several flow rates ranging from 45% to 120% of rated condition by means of a commercial code, CFX. In the steady state, this simulation is defined by means of the multi-reference frame technique, in which the impeller is situated in the rotating reference frame, and the volute is in the fixed reference frame. The validity of the numerical model was confirmed by matching the calculated characteristic curves with the associated experimental data. It was found that there is a good coincidence between the numerical results and available experimental data of global performance, local velocity distribution and slip factors. A comparison was performed among the well-known slip models which reveals, that the slip factor variations can be predicted very well using CFD analysis.