3 Y 4.docx

Fig. 4. Descripción del dominio numérico y la vista de los contornos de presión estática en el interior del canal en iso-superficies con meridional constante de coordenadas.

tabla 1 factor de Resbalón y hidráulico e FFI ciencia de las dos geometrías calculados en BEP a través de simulaciones de paletas individuales.

Convencional

nombre de la etiqueta

e hidráulica FFI ciencia η ()

y

factor de deslizamie(n)toσ

la geometría de la novela

0,917

0,928 (+ 1,2%)

0,782

0,854 (+ 8,5%)

geometrías se reportan en tabla 1 .

2.1. Evaluación presión de estancamiento Rotary

Con el fin de cuantificar la pérdida de energía, L w, la caída de presión de estancamiento rotatorio,

Δ,psa*eg ha calculado en el interior del canal de cuchilla. En un sistema de rotación, la presión de estancamiento giratorio está De fi define como: Fig. 5. Tendencia de la presión de estancamiento rotatorio, se hace referencia al valor inicial, para la línea base y la

-=Lw ρ

Δ pa*g

pag

abdominales

= • Δ•

+ •

ρ

u2

w2

2

-•

novela geometría dentro de un único canal de la cuchilla. •

2 •

(10) en contra de las consolidadas obtenidos mediante el código CFX comercial CFD se ha realizado.

dónde u es la velocidad de rotación de locales fi Ned como =

u ωR, p abdominales es la AB-

soluto presión estática, y w es la velocidad relativa. Para incompresible, no viscoso Florida ow, el valor de *

pag

es constante a lo largo de una línea de corriente. Para el

viscoso Florida Ow, el cambio de este parámetro entre dos puntos en la misma línea de corriente representa la

3.1. evaluación numérica

pérdida viscosa. La tendencia de la presión de estancamiento giratorio ha sido evaluada por medio de integrales de superficie ponderados

La geometría convencional se ha investigado por medio de simulaciones numéricas realizadas por un equipo CFD

en las superficies en las coordenadas meridionales constantes a lo largo del canal de cuchilla de las dos geometrías,

en Nuovo Pignone. Simulaciones de transitorios han llevado a cabo en una cuadrícula con 40 millones de

es decir, la línea de base y la novela uno. Fig. 5 señala que cuando el Florida UID Florida OWS a través de la

células con células de prisma cerca de las superficies del impulsor por

geometría de la línea de base se somete a una reducción de más lineal de la presión de estancamiento de rotación

medio del código de comercio CFD ANSYS CFX ® mediante la resolución de la inestabilidad Fluidos ecuaciones dinámicas con

principalmente en el fi parte primera

un método de alta resolución.

( fi primer 10%) y hacia la salida (último 40%) del canal, mientras que experimenta una reducción lineal en la parte central del canal. Por el contrario, el diseño novedoso muestra una reducción lineal suave de

La misma geometría discretizado por nosotros (20 millones de células y =

y

+

30)

la presión de estancamiento de rotación a lo largo de toda la longitud del canal. Esto es debido a la forma y la

ha sido investigado con OpenFOAM mediante el establecimiento de condiciones de contorno equivalentes a las

reducción de longitud del canal novela: las nuevas secciones transversales son más cuadrado y tienen

adoptadas en CFX. Los resultados de las simulaciones para la geometría convencional se ilustran en las Fig. 6 y se

diámetros hidráulicos de mayor tamaño en comparación con la línea de base disminuyendo el desarrollo de

compara con los resultados obtenidos con CFX. Las curvas muestran un bastante buen acuerdo entre sí.

secundaria Florida OWS.

3.2. Que rigen las ecuaciones y modelo de turbulencia

3 Modelo numérico

Las ecuaciones RANS inestables se han considerado adecuados con el fin de modelar el Florida ow través de la bomba ( Shah et al., 2013 ) Donde las cantidades tienen que ser considerados como promedio durante un período de tiempo lo

Con el fin de verificar la mejora del rendimiento antes de la construcción y prueba del impulsor, una investigación

suficientemente corto con respecto a los fenómenos inestables globales, pero lo suficiente para que signi estadística fi

numérica se ha ejecutado con el código de fuente abierta OpenFOAM resolviendo las ecuaciones 3D T perdedores.

cance.

Sin embargo, con el fin de validar el procedimiento de cálculo, una simulación de la geometría de la línea de base y una comparación de los resultados

El modelo de turbulencia aplicado para el cierre del sistema es el k- ω SST

Fig. 7. Vista del dominio computacional.

Fig. 6. ψ φ - y η φ - curvas calculadas con CFX y OpenFOAM (Círculos y rombos representan ψ y η curvas respectivamente).

La medición de la distancia entre la intersección de la línea que conecta dos centros de las celdas con su cara como propone Menter (1994) . Este modelo de turbulencia es un estándar para llevar a cabo análisis

común y el centro de esa cara - más pequeño es mejor) y una más baja que la

numérico en turbomaquinaria hidráulico ( Bardina y Coakley, 1997 ). Se utiliza automáticamente la k- ω

ortogonalidad

modelo en la región cerca de la pared y el k- ε modelo en las regiones de las paredes. La K- ω

(Medición del ángulo entre la línea que conecta dos centros de las celdas y la normal de su cara común - 0,0 es

70 °

el mejor) ( OpenFOAM modelo SST puede dar predicción precisa de Florida separación de flujo que explica su uso común para las

checkmesh, 2015 ). Esto evita el uso de nonOrthogonalCorrectors

investigaciones numéricas de Florida ow dentro de las bombas centrífugas.

dando resultados numéricos más precisos. Por último, las tres partes se han fusionado con el mergeMesh mando. Para llevar a cabo una rejilla re fi namiento estudiar tres redes computacionales con di ff malla Erent re fi los niveles de

En el entorno computacional OpenFOAM simulaciones ya sea en estado estacionario o transitorios se

refinamiento se han generado, consulte Tabla 2 , Y los resultados han sido analizados por medio del método de

pueden ejecutar con el fin de estudiar las máquinas hidráulicas, como propone Shah et al. (2013) . Para las

cuadrícula Índice de Convergencia (GCI), propuesto por Roache (1994) . Las rejillas han sido sistemáticamente re fi

simulaciones de estado estacionario del simpleFoam aplicación se puede utilizar. Esta aplicación funciona con

nida con un factor global de las

incompresible, estacionaria Florida OWS y se basa en el simple (método semiimplicit para la ecuación vinculado presión) algoritmo. Por otra parte, la técnica de

F GCI

= 1.33 . Eventualmente una cuadrícula

múltiple-reference-marco (MRF) se puede emplear, en realidad se descuida la interacción estator rotor, ya que no

hecha de 11 millones de células se ha elegido debido a pequeñas desviaciones en los resultados y un buen

permite el movimiento relativo de las mallas móviles (Frozen rotor).

compromiso entre la geometría re fi namiento y los costes computacionales (véase Tabla 2 ).

Debido a la significación fi interacción no puede impulsor de la voluta, para el caso bajo investigación,

3.4. Las condiciones de contorno

simulaciones transitorias han sido preferido con respecto a las fijas ( Shah et al., 2013 ). simulaciones de transitorios en OpenFOAM implican el uso de la pimpleDyMFoam aplicación, que se basa en la espinilla (fusionó esquema de

Para todos los casos analizados, la Florida velocidad de flujo se ha impuesto en la entrada teniendo en cuenta una

piso-SIMPLE) algoritmo. mallas rotativas han sido considerados para tomar en cuenta el movimiento del

distribución de velocidad de entrada uniforme. Por otra parte, el valor de la Florida fuga ow, que Florida OWS a través de la

impulsor.

junta anular, se ha modelado como sale de la caja del impulsor y entrantes axialmente aguas arriba del ojo del impulsor con una ° 45 de remolino con respecto a la tan- dirección gential; se ha calculado a priori, de acuerdo con un modelo

En las siguientes simulaciones de la convección, di ff usion y condiciones de gradiente se han calculado mediante el uso de

empírico unidimensional

segundo orden en contra del viento esquemas, mientras que el tiempo términos derivados se han calculado mediante

consolidado, porque la geometría de la junta no se ha modelado ( Gulich de 2006 ). Una distribución uniforme de la

el uso de un esquema hacia atrás de segundo orden.

presión se ha impuesto en la salida del dominio. Los tres parte de la geometría, que se han fusionado entre sí, se comunican entre sí por medio de interfaces. En OpenFOAM la condición de contorno utilizada en estas interfaces se llama cyclicAMI (malla arbitraria Interface).

3.3. dominio numérico

La rejilla computacional ha sido generada por medio del generador de rejilla Icem CFD ®. La rejilla es una malla Además, para este caso de prueba de la intensidad turbulenta se ha supuesto constante e igual a 3% en la entrada

híbrida, ver Fig. 7 . El volumen se ha discretizado por medio de elementos tetraédricos no estructuradas con capas de prisma cerca de las paredes con el fin de garantizar una pared + igual a 30. La +

y

del dominio. En la entrada y salida de los conductos de bomba recta se han añadido para reducir

y seleccionado para esta aplicación corresponde a una correcta

utilizar de la pared-funciones, que implican el modelado de la capa límite utilizando una distribución log-ley. Además,

Tabla 2

la densidad de la malla se ha aumentado en el borde delantero de las hojas y en las lenguas de la voluta

Los detalles de tres rejillas de cálculo, los valores de la carga hidráulica en BEP de la bomba centrífuga calculado a través de

disminuyendo el valor de la dimensión celular máxima en estas superficies de pared sin cambiar el +

simulaciones numéricas y resultados del método de GCI.

y.

Medio bien gruesa GCI gruesa fina GCI

tres di ff Erent engrana en el. msh formato se han generado y se exportan para cada parte del modelo (es decir, la succión, el impulsor y la voluta). A continuación, los tres. msh fi les han convertido en el formato OpenFOAM con el

Impulso × (10)

comando Florida uent3DMeshToFoam y controlados con checkMesh rutina. toda la red se caracteriza por ningún

Succión × (10)

6 6

6

problema relación de aspecto (valores <1,000 - La relación entre la más larga y la longitud más corta), no hay

Voluta × (10)

problema de asimetría (valores <0,98 -

Número total de elementos ×

Head en BEP (m)

(10)

6

3

6

10

1

2

4

2

3

6

6

11

20

139,8

140,8

141,0

4,87% 0,55%

Tabla 3 Resumen de las condiciones de contorno utilizados en OpenFOAM. Salida

Entrada

pared

zeroGradient

fi xedValue

zeroGradient

zeroGradient

T

Flujo de masa

zeroGradient

fi xedValue

swirlFlowRateInletVelocity

k

intensidad de la turbulencia

zeroGradient

ω

fi xedValue

zeroGradient

nuez

calculado

calculado

pag

fuga de flujo de salida

entrada de flujo de fuga

kqRwallFunction omegaWallFunction nutURoughWallFunction

zeroGradient Florida owRateInletVelocity

fi xedValue

fi xedValue

fi xedValue

fi xedValue

calculado

calculado

en Florida influencia de las condiciones de contorno.

Otro aspecto fundamental fue la de fi definición de la rugosidad de la pared en OpenFOAM; el valor de la rugosidad grano de arena equivalente es igual a 5

5,6 · 10 m

y

6

5,6 · 10 m

respectivamente, para las paredes del estator y

partes de rotor; estos valores, que son los valores reales de la instalación de prueba experimental, se han utilizado para todas las geometrías simuladas. A los efectos de la activación de la rugosidad de la pared, la nutURoughWallFunction se ha aplicado a las paredes de la nuez fi Le junto con kqRWallFunction y omegaWallFunction, respectivamente, para k y ω condiciones de contorno de la pared (véase Tabla 3 ). los nutURoughWallFunction proporciona una condición viscosidad turbulenta basado en +

T

cálculo y una de su argumento requiere la rugosidad grano de arena equivalente. los kqRWallFunction deriva de la zeroGradientFvPatchField, lo que significa que ofrece Neumann límite (el único límite Neumann de las funciones de pared), mientras omegaWallFunction proporciona la restricción en especí turbulencia fi c disipación de la aplicación de la combinación de la ecuación viscoso y de registro.

El rendimiento de las dos geometrías se ha evaluado en masa diferente Florida velocidades de flujo. Todo el transitorio Florida simulaciones OW han llevado a cabo con un paso de tiempo = - 6 dónde T es el Δt (/T)e/n2ne5s6se4,5 · 10 =s segundo

tiempo de una rotación completa y norte segundo el número de cuchillas para un tiempo total de duración igual a 0.085 s, que corresponde a fi cinco revoluciones completas del impulsor. Los resultados en términos de la cabeza y el correo FFI ciencia han sido promedio de los últimos 3 revoluciones. La media y los valores máximos del resultado número Courant aproximadamente igual a 0,03 y 6, respectivamente, en todas las simulaciones.

3.1. Experimental configurado

Las pruebas experimentales han sido llevadas a cabo en el banco de pruebas de Nuovo Pignone (Bari, Italia). Una vez que el prototipo ha sido fabricado por medio de una técnica de espuma perdida, que ha sido probado con el fin de verificar la mejora del rendimiento señalado por medio de las simulaciones numéricas y para validar todo el proceso de diseño. La instalación se caracteriza por un máximo de una Florida velocidad de flujo = 600m 3 / h, una presión máxima = 35 bar, una velocidad máxima de rotación = 4800 rpm y un máximo de potencia del motor eléctrico = 200 kW. Durante las pruebas experimentales el prototipo absorbida a máximo 100 kW con un número de Reynolds (Eq. (11) ) igual a 5 · 10 6.

Re =

u 2R2ν (11)

Fig. 8. Descripción de los errores para cada cantidad medida en el banco de pruebas hidráulico, Nuovo Pignone, Bari.

Los datos se recogieron en 1 s intervalo para una duración de 30 s, después de haber alcanzado condiciones de estado estacionario. La configuración experimental para la caracterización está constituido por una serie de dispositivos electrónicos de medición: dos electromagnética Florida metro ow (precisión 0,25%), transductores de presión tres estática redundante (precisión 0,15%), ya sea aguas arriba y aguas abajo de la sección de pruebas. Un medidor de par con codificador integrado de velocidad angular se caracteriza por una clase de precisión de 0,05% se emplea para calcular la hidráulica e FFI ciencia de los impulsores ensayadas. Los errores de medición para Q, H, P y η en di ff Erent Florida velocidad de flujo se resumen en Fig. 8 .