عنوان پایان‌نامه
تحلیل عددی و آزمایشگاهی پمپ های رژنراتیو به منظور بهبود عملکرد
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک -ماشینهای آبی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3328;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76342;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3328;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76342
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- جعفر نژادرجبعلی بیشه
- استاد راهنما
- سیداحمد نوربخش, علیرضا ریاسی
- چکیده
- پمپ های رژنراتیو، پمپ هایی با سرعت مخصوص بسیار پایین می باشند که همانند پمپ های سانتریفیوژ در دسته پمپ های دینامیکی قرار می گیرند. مشخصه ی اصلی پمپ های رژنراتیو قابلیت تولید هدهای بالا در دبی های پایین می باشد. این پمپ ها از نظر عملکرد بسیار شبیه به پمپ های جابجایی مثبت می باشند؛ با این تفاوت که انرژی، به طور پیوسته توسط پره ها به سیال عبوری از چرخ منتقل می شود. علی رغم مزایای بسیاری که پمپ های رژنراتیو دارند، این پمپ ها به طور ذاتی و ساختاری دارای یک نقطه ضعف هستند و آن داشتن بازده هیدرولیکی پایین (بین %30 تا %50) می باشد. علت این امر را باید در الگوی پیچیده ی جریان سیال در این نوع از توربوماشین ها جستجو کرد. در این رساله، از روش های تئوری، عددی و آزمایشگاهی به منظور تحلیل و بهبود عملکرد پمپ های رژنراتیو و همچنین اصلاح پروفیل پره استفاده شده است. در این راستا پمپ رژنراتیو با پره های شعاعی اصلاح، و پروفیل پره ها به پره های منحنی وار هیدرودینامیکی تبدیل شده اند. از سه مدل معروف توربولانسی شامل k-? ، k-? و SST برای مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج به دست آمده از این سه مدل، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و مطلوب ترین آن ها برای ادامه ی شبیه سازی ها مورد استفاده قرار گرفته است. یک پمپ رژنراتیو با پره های باکت مانند طراحی و با استفاده از روش عددی، به صورت پارامتریک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. همچنین روش تئوری جدیدی برمبنای شکل هندسی الگوی جریان سیال در این پمپ ها که همانند خطوط مارپیچ دور یک چنبره می باشند، ارائه گردیده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج، یک مدار تست آزمایشگاهی پمپ های رژنراتیو طراحی و ساخته شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان داد که مدل توربولانسی k-? نسبت به دو مدل دیگر، تطابق بهتری با داده های آزمایشگاهی دارد. نتایج نشان می دهد که استفاده از پره های منحنی وار متقارن رو به جلو با زاویه پره 15 درجه بیشترین راندمان را در نقطه طراحی به دست می دهد که حدود 3 درصد بیشتر از پره های شعاعی می باشد. نتایج شبیه سازی عددی پمپ رژنراتیو با پره های باکت مانند نشان داد که استفاده از پره های باکت مانند (ایرفویلی) به همراه هسته مرکزی در کانال جریان می تواند از میزان آشفتگی که یکی از منابع اصلی تلفات در پمپ رژنراتیو می باشد، بکاهد. همچنین هسته به عنوان شرود از ایجاد گردابه در قسمت نوک پره ها جلوگیری می کند. پره های ایرفویلی یا آیرودینامیکی ممنتوم را با کمترین توربولانس و اصطکاک نسبت به پره های شعاعی به سیال منتقل می کنند. واژه‌های کلیدی: پمپ رژنراتیو؛ پره های شعاعی؛ پره های باکت مانند؛ پره های متقارن رو به جلو؛ منحنی پیچیده شده به دور چنبره؛ هندسه مسیر جریان
- Abstract
- Regenerative pumps are low specific speed and rotor-dynamic turbomachines capable of developing high heads at rlatively low flow rates. Despite having low hydraulic efficiency (usually between 30 to 50 %), Regenerative pumps have found applications in many industrial areas. They share some of the characteristics of positive displacement pumps without any wear and lubrication problems. The fluid in regenerative pump moves spirally in flow channel and re-enters the blades of impeller several times in its peripheral path from inlet to outlet. In this thesis, theoretical, numerical and experimental technics were carried out to improve regenerative pump performance. The effect of fluid viscosity on the performance of regenerative pump has been investigated experimentally. Computational Fluid Dynamics was used to simulate the fluid flow in the pump numerically. Three well-known turbulence models (standard k-?, low-Reynolds k-? and SST) were examined in the numerical studies. Due to better agreement with experimental data, the k – ? turbulence model with automatic near wall treatments was applied for numerical study. The numerical and experimental studies have been carried out in order to investigate the effect of blade angle on the performance of regenerative pump. Two groups of impellers were employed. The first type has symmetric angle blades with identical inlet/outlet angles of ±100, ±300 and ±500 and the second group with non-symmetric angle blades in which the inlet angle was set to 00 and six different angles of ±100, ±300 and ±500 were designed for the outlet of the blades. The performance of a new regenerative pump considering the modification in blade and casing geometry has been numerically investigated. As this purpose, the blade shape was changed to the bucket form and a core is added to flow path. The effect of change in blade angle, chord, height, pitch to chord ratio and also inlet port on the performance of RFP was investigated. Also, a new theory based on the geometry of flow particle path line was developed for regenerative turbomachines with bucket form blades. The geometry of the flow particle path line was assumed as a helix wrapped in to a torus. It was found that regenerative pumps with symmetric angle forward blades have better performance than other types. By curve fitting to the data obtained from experimental studies for symmetric angle forward blades, it was found that the maximum efficiency occurs at angle of +150 which was about 3% higher than radial blades. The comparison of performance curves showed that both head and efficiency of regenerative pump with bucket form blades was increased relative to those of radial blades regenerative pump. Using central core in the casing of regenerative pump with bucket form blades, causes reduction in turbulence intensity and as consequent turbulent losses will reduce. The results of theoretical study were compared with CFD simulations. It was found that the proposed theory was in good agreement with CFD results for flow coefficints below the design point. Keywords: Regenerative pump; Radial blades; Bucket form blades; Helix wrapped in to a torus; Forward symmetric angle blades; Flow path geometry
