مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی معکوس پروفیل مجرای نصف النهاری چرخ پمپ گریز از مرکز با استفاده از الگوریتم گلوله-اسپاین

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد/ دانشگاه تبریز
2 دانشجوی دکترا/دانشگاه تبریز
3 عضو هیئت علمی دانشکده فنی مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
4 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
در کار حاضر، روش طراحی معکوس گلوله-اسپاین برای اصلاح هندسه پمپ گریز از مرکز بصورت شبه سه بعدی در صفحه نصف النهاری و در مرجع دوار و رژیم جریان لزج تراکم ناپذیر با هدف بهبود عملکرد آن توسعه یافته است. در این روش، تحلیل عددی جریان لزج روی یک صفحه نازک جریان بین دو پره توسط یک حلگر لزج سه بعدی با اصلاح هندسه دیواره حفاظ جلو و حفاظ پشتی پروانه توسط الگوریتم گلوله-اسپاین ترکیب می شود. بعبارت دیگر، به جای حل معادلات غیرلزج شبه سه بعدی جریان روی صفحه نصف النهاری، معادلات کامل سه بعدی ناویراستوکس آشفته روی صفحه جریان حل می گردد. نخست پمپ گریز از مرکز بصورت عددی مطالعه شده و نتایج عددی با نتایج تجربی مقایسه می شوند و میدان جریان در پروانه پمپ با استفاده از روش شبه سه بعدی در صفحه نصف النهاری بدست می آید. قابلیت الگوریتم طراحی معکوس با بررسی آن در هندسه دوار و انتخاب فشار استاتیک و فشار کاهش یافته بعنوان پارامتر هدف مورد ارزیابی قرار می گیرد. سپس با تعریف توزیع فشار هدف روی سطوح حفاظ جلو و حفاظ پشتی مجرا و تلاش جهت حذف گرادیان های اضافی فشار، هندسه چرخ جدید مطابق با توزیع فشار اصلاح شده حاصل می گردد. نتایج بدست آمده بیانگر سرعت همگرایی و پایداری مطلوب روش گلوله-اسپاین در طراحی مجاری دوار با جریان لزج تراکم ناپذیر می باشد. افزایش فشار استاتیک در طول خط جریان، افزایش 1 درصد هد کل پمپ و تاخیر در شروع کاویتاسیون پمپ از جمله نتایج این تلاش می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Inverse Design of Meridional Flow Passage Shape of Centrifugal Pump Impeller Using Ball-Spine Algorithm

نویسندگان English

Salar Talebi 1
Hadi Fallah Ardeshir 2
Mir Boyouk Ehghaghi 3
Mahdi Nili Ahmad Abadi 4
3 Department of Mechanical Engineering, University of Tabriz
چکیده English

In the present work, an inverse design algorithm called Ball-Spine (BSA) is developed as a quasi-3D method on the meridional plane of a centrifugal pump impeller with rotating frame and incompressible viscous flow within it, with the aim of improving its performance. In this method, numerical analysis of viscous flow on a thin plane of flow between two blades using a 3D viscous flow solver is combined with BSA, which modifies hub and shroud geometries. Namely, instead of solving inviscid quasi-3D flow equations in the meridional plane, full 3D Navier-Stokes equations is solved on the thin plane of flow. To show the validity of the present work, centrifugal pump is numerically evaluated and numerical results are compared with experimental results, and flow field in the meridional plane of pump impeller is obtained using quasi-3D method. By studying the algorithm in the rotating geometry and choosing static pressure and reduced pressure as target parameters the ability of performance of the algorithm is assessed. After that, the new impeller geometry is obtained in conformity with the modified pressure distribution, by defining target pressure distribution on the hub and shroud surfaces of the conduit and trying to eliminate excess pressure gradients. Obtained results indicate good rate of convergence and desirable stability of BSA in the design of rotating conduits with incompressible viscous fluids. By using the above-mentioned optimization method following results was observed: increase of static pressure along streamline, 1% of increase in the pump total head, delay in impeller cavitation inception.

کلیدواژه‌ها English

Centrifugal pump
Inverse Design
Meridional
Optimization