文摘

使用泵在反向模式作为水力发电水轮机仍然是一个选择在满足能源需求,特别是偏远和农村居民点的电力供应。小型水力发电系统的主要挑战是归因于规模较小的高价格水力涡轮机。一个特定的商业泵模型,流速为12.5 m³负责人/ h 32 m,压力面直径50毫米,叶轮,入口直径160毫米和6毫米,分别被选为这一研究。本研究旨在调查泵涡轮的流动特性,帮助选择合适的泵用作涡轮机为微型或小型水电建设。数值方法被采纳为深思熟虑的知识涡轮泵的压力和速度分布性能。在这项研究中,非定常流关系在旋转叶轮和固定的蜗壳离心泵由四个叶片和四个分割。断断续续的仿真结果的压力和速度流动特性研究了考虑不同叶轮吸入角度。这项研究是由考虑广泛的旋转速度从750转到3250转。从结果,发现帕特操作提高运作在低速时相比,高速运行。因此,速度1500转到2000转适合拍性能。本研究有助于实现非定常流如若,为未来的研究提供信息在帕特。本研究提供有用的事实可能有利于泵涡轮发展。 Future studies should focus on cost analysis and emission generation in energy generation.

1。介绍

离心泵通常用于家庭和工业应用,如供水、发电、防洪、灌溉农业的目的,和运输的液固混合物。水电站的设计是基于功能全面的能力以可接受的速度匹配的效率。水轮机性能取决于它的速度;因此,它是生产函数在一个特定的速度达到最大的效率。头作用是提供速度自速度取决于它的头。头变异的能力可以影响涡轮的性能。因此,至关重要的是转速的调整可能导致全面效率(1,2]。帕特一罐,一般来说,照顾更高的流速,顺序可能会涉及更高的输出能量范围(3]。然而,由于泵生产商没有提供在涡轮泵性能曲线模式,通常是不容易选择一个合适的泵涡轮运行适当的在特定的操作条件,已成为一个重大的挑战[4]。一些调查和理论研究进行了逆向运行的泵的性能(5]。最简单的方法是泵基于模型的预测,因为用户只需要获得必要的信息泵的性能研究,例如,QP,惠普和ηP,它使发现记者在汽轮机采用简单的诡计多端的模式操作。因此,关注给泵模式性能参数等理论研究[6- - - - - -8]。许多研究人员喜欢9- - - - - -11建立了一些帕特与精确的泵速的关系。研究者们不断地进行各种研究部分提供帕特将军的性能预测方法(12- - - - - -14]。比较研究是由侯赛因et al。15),不忘记8,16)方法出来的知识优势比其他人好。的方法(16- - - - - -18)被发现提供拍性能特征的深入了解;他们由“面积比”,这是一个开发的理论方法(19- - - - - -21]。一个研究调查材料消耗和碳排放在选定的城镇和省在中国。结果是,总在选定的城镇基础设施建设交付不对称。因此,基础设施建设供应保持稳定以及经济增长[22]。曹等人进行了实验和数值研究雪堆一个典型的大跨度可伸缩的屋顶上利用Euler-Euler技术。据透露,不是一个不变的雪交付在屋顶上是不同的,必须好thoughtout [23]。其他研究人员也研究了各种发电机发电,轴流式泵,节能。(24- - - - - -26]。标准化的泵可以作为水轮机剥夺修改套管或叶轮几何。只应考虑选择适当的流量(问(负责人)H)和速度(n)的网站。可想而知达到一个同样PAT效率高水平,在大多数情况下泵的操作模式。在最好的涡轮模式操作,拍拍运动控制压力的影响。共享冲击的不同损失控制的一个重要部分的能量液体然后运输露天通过轴帕特。权力可能再次被利用,在一个机械或电子形式。涡轮和泵之间的不同取决于转动轴承,由箭头表示,如图1。此外,涡轮头通常有更高的cep和流程负责人(最佳效率点)比泵模式速度相等。表1显示了比较的方法来获取cep帕特提出的先前的研究。

2。离心泵模型

特定的商业泵模型,它有四个主要的叶片和四个分配器,头在16米,流量的12.5米³/ h,以每分钟2900转的速度运行,精心挑选了。泵主要由长直管道,所示(27]。整个计算域流生成使用三维(3 d) Pro /E5.0软件。长直管道在叶轮进口和蜗壳出口充分扩展使模拟更准确。图2显示完整的模型选择的商业泵。

总结计划的参数和液压选离心泵模型的评价描述这项研究提出了在桌子底下2。

3所示。数值模拟

3.1。计算域

网格离散化的过程是一个地区在考虑一组控制音量。网等多样化的帕特计划部分蜗壳覆盖,戴着戒指,和前+后生成室ANSYS ICEM 14.5。采用CFD计算方法。非结构化网格的四面体网格被选中代表并创建帕特流体域的所有部分。这种类型的网以来杰出的遵从性,特别是对于流动具有复杂边界的情况。网格独立研究是由Zhang et al。28),结果表明,网格大小的1.65被选为创建计算域,牢记应用的结构计算,图3提供了整个网格区域的照片。

3.2。瞬态仿真设置

在进行数值研究中,ANSYS排名16 PAT几何被选为创建代码。K-omega (k-ω)湍流模型选择研究[8]:

具体的耗散率:

的值k和ω紧跟在传输方程湍流动能和耗散的湍流(6]。

所有边界条件。首次进行稳定计算提供初始流场的非定常模拟。在每个时间步,1×12⁻⁵是集。仿真进行了12完成叶轮旋转达到一个稳定的仿真结果。流场、压力和绝对速度数据进行进一步研究。曾经有两个域之间的一个接口,模拟帕特模型。这个接口被发现在静止的蜗壳和叶轮旋转域之间。接口创建域之间使用工具栏上的“接口”图标。整个界面设计,接口类型被设置为油界面。一般网格界面(GGI)连接选项被选中作为两个单独的个别扶轮界面模型和定子字段。固定刀片用于帧改变。

4所示。结果与讨论

4.1。帕特液压执行特性曲线

涡轮的速度取决于负载的用量。在恒定流量和头部,涡轮速度降低时,涡轮使用更高的负载超过设计荷载;减少的负担放在涡轮,而头和流量保持不变,涡轮速度增加(29日]。同样的原则适用于当液压泵作为涡轮在指定网站连续流量,对确定涡轮的性能特征作出了重大贡献。帕特进一步减少负载,帕特的速度达到最大值的帕特不能传递扭矩。这个速度称为失控的速度。帕特的失控的速度获得了大约2250 rpm,可以看到在图4,而图5显示速度和力量之间的关系。从结果,帕特的速度增加时,输出功率也增加,直到它达到1750 rpm(512千瓦),之后开始逐渐下降。帕特的效率与叶轮的转速的增加,直到它达到1500 rpm应该还提到,如图6。这意味着当帕特经营超过1500 rpm,帕特的效率会降低。帕特效率表现同样的功率输出。因此,可以得出结论,选择拍的最好操作条件可以实现当它运行在1000年和1750年之间。

4.2。帕特基于泵性能预测的性能

帕特从ANSYS获得的模拟结果只被用来评估帕特的性能参数。至关重要的是认识到这些参数对帕特在不同流量条件下的性能。它们包括头部、力量和nondimensionless系数如头、流量和功率系数。泵模式数据可以预测拍性能通过使用泵cep。本节将确定泵的使用cep PAT性能和与CFD仿真结果比较预期的结果。帕特的性能参数可以通过考虑泵模式预测性能。公众亲和力法律是用于建立类似的机器的性能参数之间的关系类似的运动条件下操作。必须知道下面的无量纲参数,这是至关重要的在确定涡轮的性能特征。他们由一个头、流量和功率系数。这些参数之间的相似之处是与特定的变量是由无因次系数通过正常化直径(D)和旋转速度(N)。除了流量系数,前和后一个参数要求一个额外的变量正常化。帕特的无因次系数结果意识到数值模拟也显示在图绘制5,显示了头系数、流量系数和功率系数。这些结果显示这些系数之间存在的差异。因此,图6表明头系数的差异在不同的流量系数水平和不同的旋转速度。从结果可以看到,增加头系数增加了流量系数,但这发生在不同的转速;因此,增加转速降低系数如图7。图8显示了流量系数的差异通过功率系数。从图可以观察到,帕特的功率系数执行相对不同流量条件下的流量系数。它的特点是减少价值的流量系数下降。图9显示了头系数和流量系数曲线的选择帕特在一个不同的流率。

无量纲参数在不同旋转速度研究了(让我们说ϕ= 0.8),列在下表中3。研究发现,增加速度增加功率系数(π)和效率η。然而,他们的差异ψ没有太多除了在更高的速度。结果如下所示的曲线,cep分在不同的旋转速度还表示。输出功率和效率被发现在1000 - 1200转的转速范围。帕特在相反方向的泵模式操作,从液压机械能量转换可能不是有效的在更高的速度,导致更好的性能速度较低的水平。

4.3。不同流量条件下瞬时静压供应代替离心泵叶轮

压力分布在不同流动条件下和在泵转速涡轮流体域显示在图中10。从结果,压力逐渐加剧回水区的方式与侧记录的最大的压力。流分离可以观察到叶轮叶片前缘。流在进口不是在一个刀片切穿制服的观察叶片附近的流动,导致分离发生在叶片表面流动。最小的压力被发现在叶轮沿吸入口区域,代表位置空化通常发生在泵。

它是观察从图11静压是传播信息是不对称的。最低压力发生在叶片吸力。压力增加的流量达到最低的价值观,虽然随流速增大而减小,如图11 (b)。比较这两个选择三个流条件下旋转速度问= 0.08米³/秒,问= 1.2米³/ s,上升下降带来的流量也增加靠近蜗壳出口管。适当的再循环流可以观察到叶轮吸入口区域由于较低的流速,虽然流压力面光滑。相反,随着流量的增加,沿压力面发生流动分离,带来压力的连续流运动的一面。这个运动在叶轮叶片吸力面随着流量的上升下降。

4.4。瞬时速度分布在帕特模型选择的离心泵

流体动力学的流拍使用CFD数值计算发现实际参数定义的供应水动力学流泵、互联的帕特特征的几何模型。图12在帕特彩色显示速度相对速度分布。考虑到蜗壳形状,可以观察速度随着流量增加而增加。流然后平稳蜗壳地区最小流量。此外,它减慢后的叶轮的后缘,之后相对流体速度在某种程度上开始再次上升。速度差异的CFD模型显示这一趋势与转速的变化。也观察到,因为水进入吸力面,旁边的相对速度加剧弯曲叶片的流向的方向通过一点点地变小。总之,模拟的一部分执行的帕特涡轮叶轮作为反馈结果的反应压力下降,与动能的变化也起到了一定的作用。

4.5。瞬态离心泵叶轮的静态压力分布

在分析离心泵在泵的流量特征模式,就业压力和速度轮廓图和向量。绘制三维模型的简化检查离心泵流设计。图13显示指定的帕特的静压传递模型在不同的流量n= 1750 rpm。观察结果表明,静压降低叶片前缘。动能和运送到流体流动,静态压力逐渐增加。图中显示,最大压力监测在叶片端,而最小的压力也发现在叶片吸力面径向位置是相同的。随着流体引导,这是一个螺旋套管。静态压力进一步增加,如图13,这可能是由于流体的动能转换成压力能,因为增加套管跨段地区。图14还显示指定的帕特的速度交付模型不同流量下,n= 1750 rpm。

5。结论

在这项研究中,数值的比较研究结果不同流量和速度条件下进行了研究。从研究中,以下的结论:(一)涡轮的速度取决于负载的用量。在恒定流量和头部,涡轮速度降低时,涡轮使用更高的负载超过设计荷载;减少的负担放在涡轮,而头和流量保持不变,涡轮速度增加。同样的原则适用于当液压泵作为涡轮在指定网站连续流量,对确定涡轮的性能特征作出了重大贡献。帕特进一步减少负载,帕特的速度达到最大值,帕特不能传递扭矩。这个速度称为失控的速度。帕特的飞逸转速得到大约2250 rpm。(B)帕特的效率与叶轮的转速增加直到达到1500 rpm还应该提到。这意味着当帕特经营超过1500 rpm,帕特的效率会降低。与数据相比6和7效率,帕特帕特表现同样的功率输出。因此,可以得出结论,选择拍的最好操作条件时能够达到1000转到1750转。(C)压力分布在不同流动条件下,泵的转速涡轮流体域。从结果,压力逐渐加剧回水区的方式与侧记录的最大的压力。流分离可以观察到叶轮叶片前缘。流在进口不是与软弱的切刀流叶片附近的观察,导致分离发生在叶片表面流动。最小压力被发现在叶轮沿吸入口区域,代表位置空化通常发生在泵。

总之,帕特从ANSYS仿真结果获得的排名已经被用来评估帕特的性能参数。至关重要的是认识到这些参数对帕特在不同流量条件下的性能。它们包括头部、力量和nondimensionless系数如头、流量和功率系数。泵模式数据可以预测拍性能通过使用泵cep。

数据可用性

公共存储库中可用的数据公开,与必须的数据集的问题。作者确认数据支持本研究的发现可以在这篇文章,可以要求获得。生成的数据,在一个中心、大型设备,可按照客户要求定制。原始数据生成江苏大学实验室。派生数据支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由美国国家科学基金会支持的中国,在格兰特号。71974081,71704066,和71971100,专项资金的中国国家社会科学基金(批准号18 vsj038)。