مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عددی و تجربی اثرات ابعاد هندسی جریان نشتی بر روی پارامترهای عملکردی پمپ بازتولیدکننده

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
امین سلیمی
علیرضا ریاسی
دانشگاه تهران
10.22034/mme.23.4.209
چکیده
پمپ بازتولیدکننده، پمپ­هایی با سرعت مخصوص بسیار پایین می­باشند. مشخصه اصلی پمپ­های بازتولیدکننده توانایی تولید هدهای بالا در دبی­های پایین می­باشد. باوجود مزایای بسیاری که پمپ­های بازتولیدکننده دارند، این پمپ­ها به طور ذاتی و ساختاری دارای یک نقطه ضعف هستند و آن داشتن بازده هیدرولیکی پایین می­باشد. علت این پدیده الگوی پیچیده جریان سیال در این نوع از توربوماشین است. در این مقاله از روش­های عددی و آزمایشگاهی جهت تحلیل و بهبود عملکرد پمپ­های بازتولیدکننده و همچنین بررسی اثر جریان نشتی پیرامون پروانه استفاده شده­است. از مدل اس اس تی(sst) برای مدل سازی آشفتگی استفاده گردیده­است. به منظور اعتبار سنجی یک مدارتست آزمایشگاهی پمپ­های بازتولیدکننده طراحی و ساخته شده­است. مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی از انطباق و تطابق بالایی برخوردار هستند که نشان دهنده صحت بالای شبیه سازی عددی می­باشد. باتوجه به نتایج می­توان بیان کرد افزایش ضخامت هندسی نشتی منجر به افزایش اختلاط سیال پرفشار نایحه خروجی و سیال کم فشار ناحیه ورودی گریده و نهایتا سبب کاهش مقدار هد تولیدی پمپ بازتولیدکننده می­شود. پارامتر عملکردی بازده نیز با افزایش ضخامت هندسی نشتی به 4/0 میلیمتر کاهش چشمگیری نسبت به هندسه اصلی و اولیه با نشتی 26/0 میلیمتر خواهدداشت. از طرفی کاهش ضخامت نشتی به 2/0 میلیمتر منجر به بهبود پارامترهای عملکردی هد و بازده پمپ بازتولیدکننده خواهدگردید. همچنین هندسه ایده­آل بدون نشتی جهت حد بیشینه و فرضی پارامترهای هد و بازده معرفی و محاسبه شده­است.
کلیدواژه‌ها
پمپ بازتولیدکننده
نشتی پروانه
انسیس سی اف ایکس(Ansys CFX)
پروانه شعاعی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and numerical investigation of the effects of leakage flow geometrical dimensions on the performance characteristics of a regenerative pump

نویسندگان English

Amin Salimi
Alireza Riasi
University of Tehran
چکیده English

Regenerative pumps are pumps with a very low specific speed. The main characteristic of regenerative pumps is the ability to produce high heads at low flow rates. In this article, numerical and experimental methods have been used to analyze and improve the performance of regenerative pumps and also to investigate the effect of leakage flow around the impeller. In order to validate, an experimental test circuit of regenerative pumps has been designed and built. The comparison of the numerical and experimental results have a good agreement, which indicates the high accuracy of the numerical simulation. Based on the results of the study, we conclude that increasing the geometric thickness of the leak leads to an increase in mixing the high-pressure fluid of the outlet nozzle with the low-pressure fluid of the inlet area, leading to a decrease in the generating head generated by the regenerative pump. The performance parameter of efficiency will also decrease significantly by increasing the geometric thickness of the leakage to 0.4 mm compared to the original geometry with a leakage of 0.26 mm. On the other hand, reducing the leakage thickness to 0.2 mm will lead to the improvement of the functional parameters of the head and the efficiency of the reproducing pump. Also, the ideal geometry without leakage has been introduced and calculated for the maximum and theoretical limit of head and efficiency parameters.

کلیدواژه‌ها English

Regenerative pump
Impeller leakage
Ansys CFX
Radial Impeller
1. Senoo Y. Researches on Peripheral Pumps. Rep Res Inst Appl Mech. 1954;3(10):53–113.
2. Iversen H. Performance of the Periphery Pump. Trans ASME. 1955;77(1):19–28.
3. Wilson A, Santalo M A, Oelrich J. A Theory of the Fluid -Dynamic Mechanism of the Regenerative Pumps. Trans ASME. 1955;77(8):1303–16.
4. shimosaka M. Research on the Characteristics of Regenerative Pump : 2 nd Report, Theoretical Research on the Performance. Bull JSME. 1960;3(10):191–9.
5. Yamazaki S, Tomita Y, Sasahara T. Researches on the Performance of the Regenerative Pump with Non-Radial Vanes : 2nd Report, Effects of the Pump Elements. Bull JSME. 1972;15(81):337–43.
6. Badami M. Theoretical and Experimental Analysis of Traditional and New Periphery Pumps. In: SAE Technical Papers. SAE International; 1997.
7. Song JW, Engeda, Chung MK. A modified theory for the flow mechanism in a regenerative flow pump. Proc Inst Mech Eng Part A J Power Energy. 2003;217(3):311–22.
8. Yoo IS, Park MR, Chung MK. Improved momentum exchange theory for incompressible regenerative turbomachines. Proc Inst Mech Eng Part A J Power Energy. 2005 Nov;219(7):567–81.
9. Raheel MM, Engeda A. Systematic design approach for radial blade regenerative turbomachines. Vol. 21, Journal of Propulsion and Power. 2005. p. 884–92.
10. Meakhail T, Park SO. An improved theory for regenerative pump performance. Proc Inst Mech Eng Part A J Power Energy. 2005 May;219(3):213–22.
11. Quail F. Design study of a novel regenerative pump using experimental and numerical techniques. Woodhead Publishing Ltd; 2010. 252 p.
12. Quail F, Stickland M, Baumgartner A. A one-dimensional numerical model for the momentum exchange in regenerative pumps. J Eng Gas Turbines Power. 2011 Sep;133(9).
13. Quail F, Scanlon T, Stickland M. Design optimisation of a regenerative pump using numerical and experimental techniques. Int J Numer Methods Heat Fluid Flow. 2011;21(1):95–111.
14. Quail F, Scanlon T, Baumgartner A. Design study of a regenerative pump using one-dimensional and three-dimensional numerical techniques. Eur J Mech B/Fluids. 2012 Jan;31(1):181–7.
15. Wang CH, Choi CH. Optimized design of regenerative blowers for enhanced efficiency. In: ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings (IMECE). American Society of Mechanical Engineers Digital Collection; 2010. p. 1241–8.
16. Choi WC, Yoo IS, Park MR, Chung MK. Experimental study on the effect of blade angle on regenerative pump performance. Proc Inst Mech Eng Part A J Power Energy. 2013 Aug;227(5):585–92.
17. Fleder A, Böhle M. A Systematical Study of the Influence of Blade Length, Blade Width, and Side Channel Height on the Performance of a Side Channel Pump. J Fluids Eng Trans ASME. 2015 Dec;137(12).
18. Fleder A, Böhle M. A systematical study of the influence of blade number on the performance of a side channel pump. J Fluids Eng Trans ASME. 2019 Nov;141(11).
19. Zhang F, Fleder A, Böhle M, Yuan S. Effect of suction side blade profile on the performance of a side channel pump. Proc Inst Mech Eng Part A J Power Energy. 2016 Sep;230(6):586–97.
20. Ju Y ping, Liu S, Zhang C hua. Effect of blade shape on hydraulic performance and vortex structure of vortex pumps. J Hydrodyn. 2018 Jun;30(3):499–506.
21. Nejad J, Riasi A. Efficiency improvement of regenerative pump using blade profile modification : Experimental study. 2018;0(0):1–8.
22. Nejadrajabali J, Riasi A, Nourbakhsh SA. Flow pattern analysis and performance improvement of regenerative flow pump using blade geometry modification. Int J Rotating Mach. 2016;2016.
23. Pope SB. Turbulent Flows. 2000 Aug 10 [cited 2022 Jan 22]; Available from: https://www.cambridge.org/core/product/identifier/9780511840531/type/book
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 4
فروردین 1402
صفحه 209-221