عنوان پایان‌نامه
مطالعه عددی وتجربی میدان جریان و انتقال حرارت در جریان آرام وآشفته در سیل مکانیکی پمپ ها
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی-ماشینهای آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2596;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62220
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- معصومه شاداب
- استاد راهنما
- حسین شکوهمند
- چکیده
- مکانیکال سیل یکی از مهم ترین قطعات به کار رفته در انواع مختلف پمپ های صنعتی مورد استفاده در نیروگاه ها، صنایع شیمیایی، پتروشیمی و سایر تجهیزات دوار می باشد. اولین و شاخص ترین کاربرد یک سیل مکانیکی در پمپ ها جلوگیری از نشت سیال عامل (به خصوص اگر خطرناک، سمی و یا گران باشد.) از طریق حلزونی و شفت پمپ به محیط اطراف می باشد. طراحی این قطعات باید به گونه ای باشد که از نظر ایمنی و کارایی در بالاترین حد کیفیت قرار گرفته و از طرفی طول عمر کارکرد صحیح پمپ را تضمین نماید. در ساده ترین شکل ممکن یک سیل مکانیکی از دو حلقه ی دوار و ثابت تشکیل شده است. اصطکاک بین این دو بخش و حرارت تولیدی در اثر این سایش، میزان خوردگی و ساییدگی سطوح تماسی، مشخصه های حرارتی و هیدرولیکی مربوط به بخش جامد سیل و سیال خنک کار موجود در محفظه ی آن و در نهایت میزان و نحوه¬ی خنک کاری سیل از جمله عواملی هستند که می توانند روی عملکرد صحیح یک مکانیکال سیل در جلوگیری از نشتی تأثیرگذار باشند. بنابراین انتخاب جنس سطوح دوار و ثابت سیل که در تماس با هم هستند و شیوه ی ساخت آن ها در میزان حرارت اصطکاکی تولیدی و بالطبع کارایی و طول عمر سیل تأثیر به سزایی دارد. در این میان نمی توان از اهمیت و ضرورت میزان و نحوه ی خنک کاری چشم پوشید. زیرا بخش عمده ای از حرارت تولیدی در سیل از طریق انتقال حرارت همرفتی در سیال عامل خنک کار و مابقی از طریق هدایت در بخش های مختلف سیل دفع می گردد. گرمای منتقل شده در اجزای جامد سیل به سطح خارجی و تر شده ی رینگ ثابت و دوار رسیده و در نهایت این بخش از گرمای تولید شده نیز از طریق همرفت در سیال کاری دفع می گردد. نوع سیال کاری و مشخصه های هیدرولیکی آن، نظیر دبی، سرعت، فشار و ... می تواند در میزان دفع حرارت تولیدی مؤثر باشد. در این پروژه ی تحقیقاتی سعی بر این است که با تغییر جنس و دبی ورودی (سرعت ورودی) سیال خنک کار و تغییر سرعت چرخشی سیل مکانیکی که نشأت گرفته از سرعت دورانی پمپ است، پارامتر های حرارتی و هیدرولیکی بخش جامد سیل و سیال موجود در چمبر آن مورد بررسی و مقایسه قرار گیرند. مطالعات به دو صورت عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته است. برای این منظور ازمکانیکال سیل نصب شده روی پمپ مدل FSHA(40×50)، ساخت شرکت ابارا، جهت یکسان سازی شرایط تست عددی و تجربی بهره گیری شده است. درمدل سازی عددی پس از اندازه گیری دقیق ابعاد سیل مکانیکی موجود، هندسه ی قطعه در نرم افزارDesign Modeler از زیرمجموعه ی ANSYS تولید گشته و توسط نرم افزار ANSYS - Meshingشبکه بندی شده است. شبیه سازی هیدرولیکی و حرارتی مش به دست آمده در محیط نرم افزاری ANSYS – CFX صورت گرفته و نتایج حاصل به صورت بردار، کانتور، نمودار و عدد ارایه شده است. در شبیه سازی تجربی از مدار تست پمپ موجود در مؤسسه ی تحقیقاتی ماشین های آبی دانشکده ی فنی مکانیک دانشگاه تهران استفاده شده است. این مدار تست به صورت پمپ و در جهت معکوس به صورت توربین عمل می نماید و در واقع یک PAT می باشد. با اندکی تغییرات در گلند سیل مکانیکی و آرایش لوله های اتصال پمپ جهت نصب ترموکوپل و فشارسنج توانستیم فشار و دمای ورودی و خروجی سیال، سرعت ورودی مایع خنک کار و دمای چهار نقطه از محتویات محفظه ی سیل را بخوانیم. مقایسهی نتایج عددی و آزمایشگاهی می تواند دلیلی بر صحت نتایج به دست آمده از هر یک از دو روش فوق باشد. بررسی های عددی و آزمایشگاهی تنها کمتر از 5 درصد تفاوت را نشان می دهد. این در حالی است که نتایج تحقیقات ما از فرمول های تجربی به دست آمده توسط خوانساری و همکارانش به طور متوسط 7 درصد انحراف دارد.
- Abstract
- Turbulent flow inside the seal chamber of a pump operating at nearly high reynolds number is investigated. A comparision of a 3-D computectional model for flow and thermal analysis of a mechanical seal with experimental thermal results is presented. The computational model adequately predicts the flow field in the seal chamber and thermal characteristics with the rotating and stationary rings and the twister flow around the seal parts by solving N-S and energy equations in ANSYS - CFX software. The reynolds stress model (RSM) is applied as a turbulance model for this purpose. Experimental work is discussed wich quantifies the temperature of five different points of the working fluid in chamber,mass flow at inlet and the fluid pressure at inlet and outlet. Experimental measurments are combined with computational modeling to obtain local and average heat transfer characteristics. Numerical results of three cases including different flush rates are reported. Key words Mechanical seal;CFD_CFX;reynolds stress model;flow field; heat transfer analysis-stream line;heat transfer coefficient;heat flux.
