Trabajo de ruta critica

                                        Estudio Numerico de Flujo Inestable en Bombas Centrifugas

Kitano Majidi Technische Universitaet Berlin, Carnotstr. 1A,

D-10587, Germany e-mail: kitano.majidi@tu-berlin.de

Dinámica de fluidos computacional (CFD) análisis se ha utilizado para resolver el flujo viscoso inestable tridimensional en todo el impulsor y la voluta carcasa de una bomba centrífuga. Los resultados de los cálculos se utilizan para predecir el impulsor / interacción voluta y de obtener la distribución de la presión inestable en la carcasa del impulsor y voluta. La distribución de presión inestable calculado se usa para determinar la carga de cuchilla inestable. Los cálculos en el punto de diseño y en dos puntos fuera de diseño se llevan a cabo con un marco múltiplo de referencia y una técnica de malla de deslizamiento se aplica a considerar la interacción del impulsor / voluta. Los resultados obtenidos muestran que el flujo en la carcasa del impulsor y la voluta es periódicamente inestable y confirman la distorsión circunferencial de la distribución de la presión en la salida del impulsor y en la carcasa de voluta. Debido a la interacción entre las palas del impulsor y la lengüeta de la carcasa de voluta el flujo se caracteriza por fluctuaciones de presión, que son fuertes en la salida del impulsor y en la proximidad de la lengua. Estas fluctuaciones de presión se desvanecieron en la carcasa como el ángulo de avance aumenta. Estas fluctuaciones de presión reducida se extienden a la boquilla de descarga; las fluctuaciones de presión también se reflejan a la entrada del impulsor y afectan a la tasa de flujo de masa a través de los pasajes de cuchillas.

Introduccion

De una etapa turbo-máquinas centrífugas están diseñadas en su mayoría con una carcasa de voluta espiral. La forma asimétrica de la voluta espiral y la lengua se traduce en una distorsión circunferencial de las condiciones de flujo en la salida del impulsor. Esta distorsión es especialmente pronunciada en puntos fuera de diseño. La no uniformidad circunferencial del campo de presión provoca fuerzas radiales desequilibradas que deben ser considerados por el diseño de sistemas de soporte de rotor.

Debido al movimiento relativo entre el impulsor y la carcasa de voluta el flujo en la salida del impulsor está interactuando fuertemente con el flujo de la voluta. La interacción entre estos componentes inestable genera fluctuaciones de presión, que son responsables de las fuerzas dinámicas inestables. Estas fuerzas dinámicas inestables dan lugar a la vibración de los componentes de la bomba y generan ruidos hidráulicos. La física de las fuerzas hidrodinámicas y las razones de la vibración y la generación de ruido se reportan ampliamente en (1).

Considerable atención ya se ha enfocado a estudiar la interacción inestable en turbomáquinas centrífugas. Ambos enfoques mentales y numéricos experiencias han contribuido a la comprensión de las fluctuaciones de flujo complejas debido a la interacción inestable. Hay numerosos ejemplos de las investigaciones experimentales de los cuales Arndt et al. (2), Kaupert y Staubli 3), y Hagelstein et al. (4) son una muestra representativa. Además, se han realizado algunos estudios numéricos para capturar la interacción inestable y para predecir las fluctuaciones de presión. Algunos de los estudios, por ejemplo, Hillewaert y Van den Braembussche (5), tenga en cuenta el flujo como no viscoso y algunos autores, por ejemplo, Longatte y Kueny (6), utilizan un modelo bidimensional. En los últimos años, los algoritmos computacionales mejorados, así como el desarrollo de hardware han contribuido a mejorar la capacidad de CFD. Ahora es factible utilizar códigos CFD para una predicción realista del complejo flujo turbulento tridimensional en toda la bomba y realizar cálculos inestables ver, por ejemplo, Zhang et al. (7) y Gonza'lez et al. (8,9). Sin embargo, el conocimiento acerca de las fluctuaciones de presión inestable y la hoja de carga inestable todavía no es satisfactoria. Por otra parte, El diseño de las bombas centrífugas ya ha alcanzado un nivel que sólo a través de una comprensión detallada del flujo interno se puede lograr un aumento del

rendimiento global. Debido a los pasajes curvos en el interior del impulsor y la voluta el flujo debe ser considerado como tridimensional. Además, ya que el flujo siguientes pasajes de cuchilla así como la carcasa de voluta interactúa con capas límites viscosas, se generan los flujos secundarios. Por lo tanto, una correcta simulación de la interacción del impulsor / voluta requiere la solución simultánea de las ecuaciones inestables tridimensionales de Navier-Stokes, tanto en el impulsor y voluta.

Bomba Centrífuga y Condiciones de Prueba

El impulsor considerado en este estudio es comercial. Está envuelto y tiene cinco cuchillas backswept. El perfil de la pala varía entre el cubo y la cubierta. El ángulo de la cuchilla en la entrada varía de 18,5 grados (desde tangencial) en la cubierta a 30,0 grados en el concentrador. El ángulo de la cuchilla en la salida es 23,5 grados. La carcasa de voluta solo es anti paletas. La forma de la carcasa de voluta solo está diseñado de acuerdo con la teoría de una velocidad media constante para todas las secciones de la voluta (Stepanoff, (10)). Las principales dimensiones y características de la bomba investigada y las condiciones de prueba para este estudio se presentan en la Tabla 1.

Modelo Numérico y Métodos Computacionales

Las simulaciones numéricas se han llevado a cabo utilizando el código de comercio flujo CFX-TASC. El solucionador de flujo del código emplea para el flujo turbulento incompresible la ecuación de continuidad y las ecuaciones promediadas en el tiempo tridimensional de Navier-Stokes. En este estudio, la suposición de Foucault viscosidad se utiliza para modelar las tensiones de Reynolds. La viscosidad de remolino se determina por medio de la k Standard - modelo de turbulencia «. Las paredes se modelan mediante una función de pared de registro-ley. Las ecuaciones de transporte se discretiza  utilizando un método de volumen finito elemento basado conservador.

Los cálculos numéricos se llevaron a cabo con un marco múltiplo de enfoque de referencia, por lo que el campo de flujo del impulsor se resuelve en un marco giratorio y la carcasa en un fijo. La rejilla para estos dos marcos de referencia debe ser generada por separado. El código empleado requiere el suministro de las redes estructuradas estructurado o bloqueador. La Figura 1 muestra las rejillas computacionales utilizadas para modelar el impulsor y la voluta. Tanto de las rejillas son de bloque estructurado. La rejilla de los modelos de todos los álabes del rodete impulsor y pasajes. Con el fin de mejorar el flujo completamente desarrollado antes de entrar

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