Математическая модель течения жидкости в проточной полости вихревого насоса

Введение
Глава 1 Анализ научной и патентной литературы в области исследований вихревых насосов
1.1 Натурные и численные исследования вихревых насосов
1.2 Патентная литература в области модернизации вихревых насосов
Глава 2 Математическая модель течения жидкости в проточной полости вихревого насоса
2.1 Уравнения Навье-Стокса и неразрывности, осредненные по Рейнольдсу
2.2 Уравнения k-? модели турбулентности
2.3 Определение турбулентных напряжений квадратичной k-? моделью турбулентности
Глава 3 Разработка и верификация модели течения жидкости в проточной части открытого вихревого насоса
3.1 Геометрические параметры расчетной области
3.2 Начальные и граничные условия
3.3 Вычислительные аспекты задач
3.4 Анализ результатов моделирования течения жидкости в проточной части открытого вихревого насоса
Глава 4 Анализ влияния формы и размеров лопастного колеса и бокового канала на энергетические характеристики вихревого насоса открытого типа с открытым боковым каналом
Заключение

Весь текст будет доступен после покупки

Насосное оборудование применяется в различных сферах жизнедеятельности. С работой насосов каждый из нас сталкивается ежедневно. Видов таких аппаратов много. Одни используют в быту, к примеру, для подачи воды из скважины или полива огорода, другие – в промышленности для перегонки жидких, вязких и газообразных субстанций.
Вихревые насосы обычно применяют для создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко используют:
- В химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Здесь требуются обычно насосы с малыми подачами (мала скорость протекания химических реакций) и высокими напорами (велики гидравлическое сопротивление реакторов и давление, при котором протекают реакции).
- Для перекачивания легколетучих жидкостей (бензина, спирта, эфира и др.). Применяют на аэродромных и автомобильных бензораздаточных станциях, а также в бензозаправщиках самолетов. В этих случаях требуется быстрая готовность к пуску при частых остановках и надежность в работе при наличии в трубопроводе воздуха или пара.
- Для подачи жидкостей, насыщенных газами, например, жидкостей, содержащих большое количество растворенного газа, который выделяется при прохождении области пониженного давления; для откачивания жидкости с высокой упругостью пара (например, пропан, бутан) при положительной высоте всасывания из емкости, в которой давление равно упругости насыщенного пара.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1 Анализ научной и патентной литературы в области исследований вихревых насосов
1.1 Натурные и численные исследования вихревых насосов

Для разработки физической модели течения жидкости в каналах вихревого насоса было проведена проработка существующих научных работ, касающихся исследованию вихревых насосов.
Вихревые насосы впервые были разработаны в 1920 г. в Германии (открытого типа) и США (закрытого типа) [1]. Данный тип лопаточной машины значительно уступает по количеству теоретических и экспериментальных исследований центробежному насосу. В первую очередь, это связано с ограниченной областью применения вихревых насосов. Вовторых, со сложностью течения жидкости в каналах, с отсутствием возможности в период активного изучения этого типа насосов (1950-1970 г.), расчета трехмерного течения жидкости во вращающихся каналах с помощью быстродействующих компьютеров, наличие проверенных и надежных насосов объемного типа для тех же коэффициентов быстроходности.
В результате работы вихревых насосов образуется вихрь, который создает в насосе вакуум. Вакуум необходим для всасывания жидкости. Особенностью вихревых насосов является то, что движение жидкости на лопатках рабочего колеса при всасывании происходит от периферии к центру.
При вихревом движении жидкости малые объемы перемещаются не только поступательно, но и вращаются около некоторых мгновенных осей, как при образовании воронки в воде или смерчи, этот способ движения жидкости применяется в динамических насосах, в которых жидкость получает энергию в результате ее завихрения при вращении рабочего колеса в тангенциальном направлении.
В работе [2] было проведено сравнение параметров работы вихревого насоса с цилиндрическим ротором и с плоским ротором.


Рисунок 1 – Конструкция вихревого насоса с цилиндрическим ротором с глухими отверстиями и неподвижным кольцевым каналом



Рисунок 2 – Конструкция вихревого насоса с плоским ротором с глухими отверстиями на торцах и неподвижным статором с глухими отверстиями

Рассмотрены две конструкции насосов вихревого типа (рис.1) и (рис.2). По результатам численного моделирования методом конечных элементов в комплексе ANSYS CFX были получены распределения давлений в плоскости симметрии, построены линии тока в проточной полости, а также рассчитан объемный расход жидкости. При одинаковых начальных значениях давлений на входе и выходе насоса напоры получились близкие по величине. Однако, расход насоса с цилиндрическим ротором на 18 % выше, чем у конструкции насоса с плоским ротором. Следует отметить, что насос вихревого типа с плоским ротором имеет малые габариты и более простую конструкцию, так как в нем отсутствует винтовой канал.
В работе Fleder et al. [3] как численно, так и экспериментально были исследованы две модульные модели боковых канальных насосов. Для обеих конструкций были изучены различные боковые каналы и рабочие колеса с целью получения информации о влиянии различных геометрических параметров на производительность и влияния на внутренний поток насоса. Экспериментальные данные показали, что изменение геометрии бокового канала или рабочего колеса влияют на поток в обоих компонентах.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки