Моделирование течения жидкости в центробежных насосах
Отношение насосных систем к энергопотребляющему оборудованию, использующему электрическую энергию для создания потока жидкой среды. Применение насосов там, где требуется подавать вещество в жидком состоянии: клеи, растворы, водоволокнистая суспензия.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.11.2018 |
| Размер файла | 796,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Моделирование течения жидкости в центробежных насосах
Соколов Е.В. (УГЛТУ, Екатеринбург, РФ)
Анкудинов Д.Т. (УГГГУ, Екатеринбург, РФ)
Основное содержание исследования
За последние годы лесопромышленный комплекс (ЛК) России существенно изменился. Круг вопросов, который активно обсуждается специалистами отрасли касается: технологий, оборудования, экологии. Основой задачей предприятий деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной и других промышленностей ЛК России является увеличение выпуска высококачественной продукции. Это достигается применением новых эффективных технологий, что позволяет сертифицировать выпускаемую продукцию в соответствие с требованиями международных стандартов.
Истощение природных запасов и рост цен на энергоносители потребует создания более эффективных технологий, машин и оборудования. Поэтому проектные организации, осуществляющие разработку технологических линий, все больше уделяют внимания вопросу энергосбережения, безопасности и экологии. Эти требования предъявляют к агрегатам от непрерывной работы которых, зависит объем и качество выпускаемой продукции. К энергопотребляющему оборудованию относятся насосные системы, использующие электрическую энергию для создания потока жидкой среды. Насосы применяют там, где требуется подавать вещество в жидком состоянии: клеи, растворы, водоволокнистую суспензию, а также техническую воду. В основном для этих целей используют динамические насосы, большую часть которых составляют центробежные.
В работе проводиться моделирование течения в центробежном насосе. Исследование гидродинамики позволяет, обосновано принимать конструктивные решения при модернизации насосного агрегата.
Система перекачки жидкой среды с насосом включающая в себя, напорный и всасывающий трубопроводы, гидоарматуру, контрольно-измерительные приборы называют гидравлической сетью. Проектировочный расчет сети включает в себя: подбор насоса; выбор диаметров и длин трубопроводов; запорной арматуры; контрольно-измерительных приборов. Наиболее сложным является выбор насоса для гидросистемы, так как требуется найти подачу, которая будет обеспечиваться системой при работе насоса в оптимальном режиме, то есть с максимальным КПД (рис.1).
Рисунок 1 - Характеристика насоса ХРО1000/34-К-СД: Н-напорная; ,N-энергетическая; -кавитационная; А-точка оптимального режима роботы; Q=1000м3/ч; H=34м; hдоп=6,5м; N=125кВт; КПД-80%; частота вращения 960 об/мин
В качестве объекта исследования был выбран центробежный насос типа ХРО 1000/34, (рис.2) выпускаемый ОАО "УЭТМ - Уралгидромаш" (Свердловская обл. г. Сысерть). Насосы этого типа предназначены для подачи волокнистых полуфабрикатов, технической воды и других веществ с плотностью и концентрацией, не превышающей паспортных данных.
Усовершенствование центробежных насосов идет по следующим направлениям [1]:
улучшение показателей эффективности: уменьшение кавитационного запаса , повышение КПД ;
снижение материалоемкости, уменьшение габаритных размеров, с увеличением энергоемкости агрегата;
повышение надежности, безопасности и требований экологии;
Рис. 2. Центробежный насос ХРО1000/34-К-СД: 1-рабочее колесо; 2-вал; 3-спиральный отвод; 4-уплотнение; 5-подшипники; 6-разделтель спирального отвода («выгородка»)
Отметим, что энергопотребление и экологическая безопасность являются показателями качества насосного агрегата сформулированные Европейской ассоциацией производителей насосов (Europump) в программе Ecopump [2,3]. Поэтому совершенствование конструкции насосного агрегата является актуальной задачей, решение которой невозможно без детального знания картины пространственных течений.
Центробежный химический насос ХРО 1000/34 (рис.2) одноступенчатый, консольный. Рабочее колесо (РК) закрытого типа, одностороннего входа без разгрузочного устройства. РК имеет шесть лопастей загнутых назад, спиральный отвод с разделителем ("выгородкой"). Частота вращения РК составляет 960 об/мин. Рабочей средой является жидкость. Лопастной системой насоса является совокупность проточных частей РК и спирального отвода.
Моделирование течение жидкости в лопастной системе основано на численном решении дифференциальных уравнений Навье-Стокса [4]. Для решения используется метод конечных элементов. Этот метод реализован в программах вычислительной гидродинамики (CFD) ANSYS CFX, FLUENT др. В первом приближении для получения картины течений была решена плоская задача.
Описание модели. Модель лопастной системы была построена в программе Unigraphics. Импортировалась в программу ANSYS, где дорабатывалась и строилась с помощью регулярной прямоугольной сетки (рис.3).
Рис. 3. Импортированная (а) и конечно-элементная (б) модели
Топология расчетной сетки. При построении расчётной сетки были выполнены следующие условия:
автоматическое разбиение средствами программы ANSYS; тип конечного элемента (КЭ) - PLANE 182; общее количество - 1885 конечных элементов; сгущение сетки вдоль границ лопаток и корпуса не проводилось.
Физическая модель. Расчет течений проводился в CFD пакете FLUENT (рис.4). РК насоса совершает вращение с постоянной угловой скоростью 103 рад/с на входе в насос задавалось значение абсолютной скорости потока 3,87 м/с, что соответствует оптимальному режиму работы Qопт (т. А рис.1).
центробежный насос электрическая энергия
Рис. 4. Граничные условия в модели: 1-вход (inlet); 2-лопасти (blade); 3-разделитель (split); 4-корпус (case); 5-выход (outlet)
Температура жидкой среды на входе 160С (286К), свойства жидкой среды соответствуют воде с плотностью 998 кг/м3 [5]. Гидравлический диаметр на входе и выходе принимался Dг=0,608м. Рабочая среда полагалась несжимаемой, режим течения турбулентный. В расчете принималась стандартная k-epsilon (-) модель турбулентности. Для получения решения задавалось 100 итераций, сходимость получена на 78-ой итерации. Время расчета составило около 1,5мин. Результатом расчета является спектр полных давлений на оптимальном режиме работы насоса (рис.5).
Рис.5. Спектр полных давлений (Па) на оптимальном режиме работы: 1-вихревое движение, 2-обратные течения (токи)
Результаты численного моделирования имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными. Более точные результаты могут быть получены при построении пространственной модели лопастной системы.
Выводы
Результаты моделирования могут использоваться для оценки гидродинамических характеристик лопастной системы центробежного насоса.
Выявлены зоны обратных течений, это свидетельствует о несовершенстве геометрии проточной части спирального отвода. Нарушение равномерности поля скорости оказывает существенное влияние на величину гидродинамических потерь.
На основании полученной картины плоских течений можно усовершенствовать проточную часть лопастной системы с целью снижения потерь.
Центробежные насосы с улучшенными показателями эффективности, работающие в составе непрерывных производственных процессов предприятий деревообрабатывающей промышленности [6] позволят снизить энергопотребление, что уменьшит себестоимость выпускаемой продукции.
Библиографический список
1. Виноградская Т.И., Лесников О.М. Оценка технического уровня и качества насосного оборудования. Совершенствование насосного оборудования. Труды ВНИИгидромаша. 1982. - С.143-150.
2. Караханьян В. РАПН сегодня // "Насосы&оборудование". - 2005. №2-3. - С.6-8.
3. Караханьян В. Ecopump - программа Europump по снижению энергопотребления и защите окружающей среды // "Насосы&оборудование". - 2005. №5. - С.5-6.
4. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидродинамика и теплообмен. В 2-х т. Т.1: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990. - 384 с.
5. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем. Под ред. Юрьева А.С. С. - Пб, АНО. НПО “Мир и семья" 2001. - 1154 с.
6. Варфоломеев Ю.А., Агапов Д.В. Федотов В.И., и др., Новый отечественный завод для автоклавной пропитки древесины // "Дерево-обрабатывающая промышленность". - 2001. №2. - С.7-9.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация центробежных насосов, принцип их действия. Способы повышения их всасывающей способности. Понятие кавитации. Влияние кавитационных явлений на КПД, напор и производительность насоса, действие на поверхности деталей. Пути их устранения.
реферат [762,2 K], добавлен 11.12.2014Категории надежности потребителей электроэнергии. Основные режимы работы электроприемников. Порядок применения тарифов на электрическую энергию и мощность для потребителей, относящихся к различным группам. Рекомендации по оплате за ее использование.
курсовая работа [36,4 K], добавлен 06.01.2012Гидравлические машины как устройства, служащие для преобразования механической энергии двигателя в энергию перемещаемой жидкости или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию, методика расчета ее параметров.
курсовая работа [846,7 K], добавлен 09.05.2014Сущность молекулярно-динамического моделирования. Обзор методов моделирования. Анализ дисперсионного взаимодействия между твердой стенкой и жидкостью. Использование результатов исследования для анализа адсорбции, микроскопических свойств течения жидкости.
контрольная работа [276,7 K], добавлен 20.12.2015Постоянство потока массы, вязкость жидкости и закон трения. Изменение давления жидкости в зависимости от скорости. Сопротивление, испытываемое телом при движении в жидкой среде. Падение давления в вязкой жидкости. Эффект Магнуса: вращение тела.
реферат [37,9 K], добавлен 03.05.2011Теория движения жидкости. Закон сохранения вещества и постоянства. Уравнение Бернулли для потока идеальной и реальной жидкости. Применение уравнения Д. Бернулли для решения практических задач гидравлики. Измерение скорости потока и расхода жидкости.
контрольная работа [169,0 K], добавлен 01.06.2015Виды насосных установок и их назначение. Конструкции и принципы действия устройств их автоматизации. Элементы принципиальной электрической схемы АУ. Эксплуатационные свойства и характеристики центробежных насосов, регулирование их производительности.
реферат [2,2 M], добавлен 11.12.2010Гидравлическая электростанция (ГЭС) как комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Характеристика тепловой электростанции (ТЭС). Особенности работы атомной электростанции (АЭС).
контрольная работа [32,5 K], добавлен 10.11.2009Косвенные способы энергосбережения электроприводами. Анализ методов повышения энергоэффективности насосных станций. Регулирование потока с помощью вихревых клапанов. Оптимизация работы насосов путем использования частотно-регулируемого привода.
магистерская работа [1,0 M], добавлен 05.02.2017Металлические расплавы и их свойства. Характеристика экспериментальных и теоретических методов изучения строения жидких металлов. Результаты дифракционного эксперимента. Современные методы электронографии поверхностных слоев металлической жидкости.
презентация [2,6 M], добавлен 22.02.2015Электронные генераторы как устройства, преобразующие электрическую энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебаний заданных формы. Условия самовозбуждения колебаний. Автогенераторы типа фазосдвигающих цепей. Условие баланса фаз.
лекция [78,0 K], добавлен 15.03.2009Анализ и особенности распределения поверхностных сил по поверхности жидкости. Общая характеристика уравнения Бернулли, его графическое изображение для потока реальной жидкости. Относительные уравнение гидростатики как частный случай уравнения Бернулли.
реферат [310,4 K], добавлен 18.05.2010Сопло Лаваля как техническое приспособление, служащее для ускорения газового потока. Рассмотрение основных особенностей построения графика газодинамических функций давления, скорости. Этапы расчета параметров течения воздушного потока в сопле Лаваля.
контрольная работа [394,1 K], добавлен 10.01.2013Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Локальный критерий Нуссельта. Влияние физических свойств жидкости на теплоотдачу. Плотности потоков теплоты и импульса при турбулентном режиме течения вдоль плоской стенки. Конвективный теплообмен шара.
лекция [3,1 M], добавлен 15.03.2014Проектирование электропривода механизма основного и резервного центробежных водяных насосов. Основные типы регулирования производительности насосов и системы электропривода. Технические характеристики датчика расхода воды. Выбор преобразователя частоты.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.12.2014Определение концентрации молекул разряженного газа в произвольном объеме. Моделирование набегающего потока, движения молекулы внутри объема. Генерация вектора скорости молекулы и координат точки влета. Моделирование потока собственных газовыделений.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 06.07.2011Изучение конструктивных особенностей резервуара для хранения нефтепродуктов. Построение переходной характеристики объекта при условии мгновенного изменения величины входного потока. Определение уровня жидкости в резервуаре нефтеперекачивающей станции.
реферат [645,4 K], добавлен 20.04.2015Арматура запорная, водоразборная, регулирующая, предохранительная для систем холодного и горячего водоснабжения. Применение повысительных насосных установок для систем холодного и горячего водоснабжения. Монтажное положение отдельных элементов систем.
презентация [1,1 M], добавлен 28.09.2014Истощение топливных ресурсов. Энергетический кризис. Интерес к новым источникам энергии. Электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. Самая дешевая электроэнергия в энергосистеме. Экологическая безопасность.
доклад [384,8 K], добавлен 06.12.2006Принцип действия поршневых насосов. Устройство и классификация центробежных насосов. Вентилятор диаметрального сечения. Вентиляторы крышные радиальные. Насос двойного действия. Поршневые компрессоры и поршневые вакуум-насосы, дифференциальный насос.
реферат [1001,5 K], добавлен 12.02.2014
