Studio delle caratteristiche idrodinamiche di un sistema di pompe a flusso assiale in condizioni di utilizzo speciali

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 5159 (2022) Citare questo articolo

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Nel funzionamento reale, le stazioni di pompaggio a flusso assiale vengono spesso utilizzate per vari scopi speciali per soddisfare le mutevoli esigenze. Tuttavia, poiché le caratteristiche idrodinamiche dei sistemi di pompe a flusso assiale non sono ancora chiare se utilizzati per scopi speciali, ci sono molti rischi quando i sistemi di pompe vengono utilizzati per scopi speciali. Per esplorare le caratteristiche idrodinamiche di un sistema di pompa a flusso assiale in condizioni di utilizzo speciali, in questo documento viene creato un banco di prova completo di alta precisione per un sistema di pompa a flusso assiale. Per la prima volta, vengono condotti un esperimento sulle caratteristiche energetiche e una misurazione della fluttuazione della pressione per una pompa per un modello di sistema di pompa a flusso assiale di grandi dimensioni in condizioni di prevalenza zero, pompa inversa e generazione di energia inversa. Quindi, il software ANSYS CFX viene utilizzato per risolvere l'equazione continua e l'equazione di Navier–Stokes media di Reynolds, combinata con il modello di turbolenza SST k–ω, e si ottengono la curva caratteristica e il campo di flusso interno del sistema di pompa in condizioni speciali. Infine, i risultati della simulazione numerica vengono confrontati con i risultati sperimentali. I risultati mostrano che la distribuzione del gradiente di velocità nella pompa è uniforme in condizioni di battente vicino allo zero (NZHC) e non vi è alcun evidente fenomeno di collisione del flusso e di reflusso nella pompa. Rispetto alla condizione progettata (DC), il valore picco-picco (PPV) della pulsazione di pressione all'ingresso della girante è diminuito del 67,16% e il PPV all'uscita della girante è diminuito dell'8,14% a H = 0 M. Il valore massimo dell'ampiezza della frequenza principale (MFA) nell'area della girante appare all'ingresso della girante. In condizioni di pompa inversa (RPC), il fenomeno del flusso instabile nel sistema di pompa è evidente e sulla faccia non operativa della pala appare un'ampia gamma di zone di ricircolo. Rispetto alla DC, il PPV dell'ingresso della girante nel punto ottimale di RPC è aumentato del 122,61% e il PPV dell'uscita della girante è aumentato dell'11,37%. Il valore massimo di MFA nell'area della girante appare all'ingresso della girante. Nella condizione di generazione di energia inversa (RPGC), non è stata riscontrata alcuna separazione evidente del flusso nella faccia non operativa della girante. Rispetto alla DC, il PPV dell'ingresso della girante nel punto ottimale dell'RPGC è aumentato del 65,34% e il PPV dell'uscita della girante è aumentato del 206,40%.

Negli ultimi anni sono state costruite in tutto il mondo, soprattutto in Cina, numerose grandi stazioni di pompaggio a flusso assiale. Le stazioni di pompaggio a flusso assiale sono caratterizzate da basse prevalenze e grandi portate e sono spesso ubicate lungo fiumi e zone costiere. La fluttuazione del livello dell'acqua nel tratto superiore e inferiore è molto ampia, il che significa che i sistemi di pompe a flusso assiale devono far fronte alle mutevoli esigenze nel funzionamento reale. Ad esempio, quando la differenza di livello dell'acqua a monte e a valle è molto piccola, è necessario utilizzare un sistema di pompe a flusso assiale per un drenaggio con prevalenza quasi pari a zero1,2. Quando il livello dell'acqua a monte è superiore al livello dell'acqua a valle, il sistema di pompa a flusso assiale potrebbe dover effettuare il sollevamento dell'acqua inverso3 e il sistema di pompa a flusso assiale può essere utilizzato anche per generare elettricità dall'acqua residua a monte4,5.

Sebbene le condizioni applicative delle stazioni di pompaggio a flusso assiale siano in continua espansione, i principali risultati della ricerca finora si sono ancora concentrati sulle caratteristiche idrodinamiche delle condizioni di pompaggio convenzionali6,7,8. Esistono pochi studi sulle caratteristiche idrodinamiche dei sistemi di pompe a flusso assiale in condizioni di utilizzo particolari. Le caratteristiche idrodinamiche dei sistemi di pompe a flusso assiale in condizioni di utilizzo speciali non sono ancora chiare e potrebbero esserci molti rischi, come vibrazioni dell'unità e frattura delle pale, nell'utilizzo speciale del sistema di pompe.