عنوان

شبیه سازی جریان سیال لزج در پمپ گریز از مرکز و بررسی پدیده کاویتاسیون

پ۲۵۵۹۸

per

شبیه سازی جریان سیال لزج در پمپ گریز از مرکز و بررسی پدیده کاویتاسیون

فرید فلکی تبریزی

مکانیک

۱۴۰۰

۸۸ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مکانیک گرایش تبدیل انرژی

۱۴۰۰/۰۶/۳۱

پمپ ها به عنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات مورد استفاده در صنعت شناخته می‌شوند، زیرا وظیفه جابجایی سیالات حیاتی برای عملکرد کارخانه‌جات یا واحد‌های صنعتی را بر عهده دارند. اکثرا طراحی پمپ ها بر اساس عملکرد با سیال آب می‌باشد، اما در کاربردهای صنعتی، از آن‌ها برای پمپاژ سیالات مختلف با ویسکوزیته مختلف نیز استفاده می‌شود، به ویژه در صنایع نفت و پتروشیمی، اکثرا عملکرد پمپ‌ها بر اساس حمل سیالات نفتی می‌باشد که بسیار لزج تر از آب می‌باشند. با افزایش ویسکوزیته سیال عامل، تلفات هیدرولیکی نیز افزایش می‌یابد، که منجر به کاهش هد کل پمپ و همچنین کاهش قابل توجه راندمان پمپ نسبت به حالت سیال آب می‌شود. یکی از اصلی ترین مشکلاتی که باعث کاهش عمر پمپ ها می‌شود، بروز پدیده‌ی کاویتاسیون می‌باشد. هرگاه فشار سیال در نقطه‌ای از پروانه پمپ کمتر از فشار بخار سیال در دمای مربوطه باشد، در فاز مایع حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند که با خود سیال به نقاط با فشار بالاتر حرکت می‌کند. حباب های بخار در این نقاط تقطیر می‌شوند و در نتیجه ذرات مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعت بسیار بالا با پره ها برخورد می‌کنند. در چنین شرایطی، بسته به شدت ضربه، سطح تیغه ها دچار خوردگی شدید شده و متخلخل می‌شوند. در نتیجه، بهبود عملکرد و کاهش کاویتاسیون در پمپ‌ها یک مسئله مهم به نظر می‌رسد. طراحی پمپ‌ها با توسعه دینامیک سیالات محاسباتی در دهه های اخیر تسهیل بسیاری پیدا کرده است و جریان‌های پیچیده نیز در پروانه پمپ‌ها تا حدودی قابل پیش بینی شده‌اند. پارامترهای مختلفی بر عملکرد پمپ‌ها مانند قطر پروانه، هندسه پروانه، سرعت چرخش پمپ، سرعت جریان پمپ، زاویه خروجی تیغه و تعداد تیغه تأثیر می‌گذارد. در این تحقیق، ما از روش دینامیک سیالات محاسباتی برای بررسی پدیده کاویتاسیون در پمپ های گریز از مرکز با سیالات لزج استفاده می‌کنیم. شرایط کاویتاسیون در پمپ های گریز از مرکز با سیال آب به طور گسترده در مقالات پیشین مورد بررسی قرار گرفته است، اما در این مطالعه، به بررسی شرایط پدیده کاویتاسیون در پمپ گریز از مرکز با سیالات لزج مازوت و روغن سنگین می‌پردازیم. در این شبیه سازی، از روش عددی با الگوریتم گسسته سازی مرتبه اول برای فشار و سرعت استفاده کرده‌ایم. همچنین، برای اعمال اثر چرخشی پروانه پمپ در حالت پایا، از روش چند فریم مرجع (MRF) ارائه شده در نرم افزار Ansys Fluent استفاده شده است. مش بندی و شبیه سازی شکل پمپ توسط نرم افزار مش Ansys طراحی شده است. شبیه سازی از کاتالوگ‌های شرکت پمپیران برای پمپ 65-200 شرکت پمپیران بصورت دقیق طراحی شده است. سیالات مورد مطالعه در این پایان نامه از دو نوع روغن لزج با ویسکوزیته‌های متفاوت و آب تشکیل شده است. تمام اطلاعات مربوط به پمپ مورد آزمایش در سیال آب موجود می‌باشد، که به همین دلیل برای مقایسه بهتر از آب استفاده کرده ایم. پیشبینی‌های صورت گرفته در مورد تاثیرات لزجت، سرعت دورانی و دبی حاکی از کاهش ایجاد این پدیده در لزجت های بالا و سرعت دورانی و دبی خروجی پایین می‌باشد.

Pumps are known as one of the most widely used equipment in the industry, as they are responsible for moving vital fluids for the operation of the factory or industrial unit. The design of pumps is based on operation with water, but in industrial applications, they are also used to pump various fluids, especially in the oil and petrochemical industries, the operation of pumps is based on petroleum-based fluids, which are much more viscous than water. As the viscosity of the operating fluid increases, the hydraulic losses increase, which leads to a reduction in the overall pump head as well as a significant decrease in the pump efficiency relative to the fluid state of the water.One of the main problems that reduces the life of pumps is the occurrence of cavitation. Whenever the fluid pressure at a point in the pump impeller is less than the vapor pressure of the liquid at the corresponding temperature, vapor bubbles form in the liquid phase, which move with the liquid to a higher-pressure point. The vapor bubbles are distilled at this point, and as a result, particles of liquid deviate from their original path and collide with the blades at extremely high speeds. In such a place, depending on the severity of the impact, the surface of the blades will corrode and become porous. As a result, improving performance and reducing cavitation in pumps seems to be an important issue. The design of pumps has been facilitated by the development of computational fluid dynamics in recent decades, and the complex flows within the pump impeller are somewhat predictable. Various parameters affect the performance of the pumps, such as impeller diameter, impeller geometry, pump rotational speed, pump flow rate, blade outlet angle and number. In this research, we use the computational fluid dynamics method to investigate the cavitation phenomenon in centrifugal pumps with viscous fluid. The cavitation conditions in centrifugal pumps with water fluid have been extensively investigated, but in this study, the pumps we deal with the centrifuge with the viscous fluid of the oil and the conditions for the cavitation phenomenon in it. In this simulation, we used the numerical method with the first-order discretization algorithm for pressure and velocity. Also, to apply the rotational effect of the pump impeller, the MRF method of multiple reference frames provided in Ansys software has been used. The meshing and simulation of the pump shape is designed by Ansys mesh software. Simulation from Pumpiran Company catalogs for pump 65-200 is precisely designed. The fluids studied in this dissertation are of two types of viscous oils with different viscosities and water. All information is available for the pump under test in water fluid, for which we have used water fluid for better comparison

Simulation of Viscous Fluid Flow in a Centrifugal Pump and Investigation of Cavitation Phenomenon

فلکی تبریزی

‏ فرید

تهيه کننده

‏احقاقی

‏وجدی

‏ میربیوک

‏ محمد

استاد راهنما

استاد مشاور

تبریز