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Jun 08, 2023

Avaliação de perdas de energia em sistemas de bombas de fluxo axial em operações de geração reversa de energia com base na teoria de produção de entropia

Relatórios Científicos volume 12, Número do artigo: 8667 (2022) Citar este artigo 1000 Acessos 3 Citações Detalhes das métricas O uso de grandes equipamentos de estações de bombeamento existentes para águas residuais a montante

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8667 (2022) Citar este artigo

1000 acessos

3 citações

Detalhes das métricas

A utilização de grandes equipamentos de estações de bombeamento existentes para geração reversa de energia de águas residuais a montante é um projeto de energia renovável não realizado, mas valioso. Atualmente, algumas grandes estações de bombeamento de fluxo axial começaram a realizar operações reversas de geração de energia; no entanto, a pesquisa relacionada ainda não começou. Neste artigo, a teoria da geração de entropia é aplicada a um sistema de estação de bombeamento de fluxo axial em grande escala em operações reversas de geração de energia, e o método de geração de entropia é usado para investigar o tamanho preciso e a distribuição da dissipação de energia mecânica de cada componente sob diferentes fluxos. condições. Primeiro, as características de energia e as flutuações de pressão na bomba do sistema de estação de bombeamento de grande fluxo axial são testadas experimentalmente sob condições reversas de geração de energia. A confiabilidade do cálculo numérico da geração de entropia é verificada tanto experimentalmente quanto teoricamente. Em seguida, a proporção de cada componente na produção total de entropia é comparada para ilustrar como cada componente contribui para a produção total de entropia do sistema e como essa contribuição muda à medida que as condições operacionais variam. Então, o tipo de produção de entropia de cada componente é determinado com precisão sob diferentes condições de fluxo, revelando as mudanças nas proporções dos diferentes tipos de produção de entropia de cada componente. Finalmente, os componentes com grandes dissipações de energia mecânica são selecionados, e as alterações e causas da distribuição da dissipação de energia dos componentes são minuciosamente analisadas sob diferentes condições de fluxo. Os resultados da pesquisa podem auxiliar na melhor compreensão do mecanismo de dissipação de energia de grandes sistemas de bombas de fluxo axial em operações reversas de geração de energia.

Nos últimos anos, a reversão da bomba tornou-se um método cada vez mais popular para substituir as operações de turbinas na engenharia1,2,3,4,5,6, e muitas micro e pequenas centrais hidrelétricas em áreas remotas começaram a usar a reversão da bomba de fluxo axial para substituir operações de turbinas7,8,9,10,11. Alguns administradores de sistemas de estações de bombeamento de fluxo axial em grande escala na China descobriram que a geração reversa de energia usando água de entrada a montante pode gerar uma grande quantidade de energia limpa, proporcionando benefícios econômicos consideráveis. Portanto, algumas tentativas de geração reversa de energia usando estações de bombeamento de fluxo axial têm sido utilizadas em operações reais.

A operação atual de várias estações de bombeamento de grande fluxo axial para geração de energia reversa12 mostrou que é tecnicamente viável usar a operação reversa de um grande sistema de bomba de fluxo axial para gerar energia. No entanto, para o uso generalizado de estações de bombeamento de fluxo axial para geração de energia reversa, a taxa de utilização da energia hídrica de baixa altura manométrica e os benefícios energéticos oferecidos pela geração de energia reversa de grandes sistemas de bomba de fluxo axial devem primeiro ser investigados. Isso requer um estudo aprofundado dos mecanismos de perda de carga e dissipação de energia de grandes sistemas de bombas de fluxo axial em operações reversas de geração de energia.

Investigadores na China e no estrangeiro têm estudado as características de geração de energia inversa das bombas de fluxo axial, focando-se principalmente na otimização do impulsor de pequenas bombas de fluxo axial para melhorar o desempenho hidráulico das bombas de fluxo axial que funcionam como turbinas na Central Hidroelétrica do Pico13,14. Até o momento, ainda faltam pesquisas sobre as características energéticas e os mecanismos de dissipação de energia de grandes sistemas de bombas de fluxo axial em operações reversas de geração de energia.

O método de queda de pressão tem sido o método mais utilizado para estudar perdas hidráulicas e dissipação de energia em máquinas hidráulicas nas últimas décadas. No entanto, o método de queda de pressão não pode determinar a localização específica da dissipação de energia ou quantificar a dissipação de energia. Nos últimos anos, alguns estudiosos propuseram a introdução da teoria da produção de entropia em máquinas rotativas de fluidos para avaliar mecanismos de dissipação de energia em máquinas fluidas . Gong et al.19 usaram pela primeira vez a teoria da produção de entropia para avaliar a perda de fluxo interno das turbinas Francis e determinaram a localização específica e a intensidade da perda de fluxo interno nas turbinas. Chang et al.20 aplicaram a teoria da produção de entropia para estudar a perda de fluxo interno e os mecanismos de dissipação de energia de uma bomba autoescorvante e otimizaram o perfil da pá da bomba autoescorvante com base nos resultados da análise de produção de entropia. Pei et al.22 projetaram seis grupos com diferentes distâncias entre o impulsor e a palheta guia em uma bomba de fluxo axial de baixa altura manométrica. A teoria da produção de entropia foi utilizada para estudar a dissipação de energia na bomba de fluxo axial sob diferentes esquemas. Verificou-se que a dissipação turbulenta dominou o consumo de energia mecânica da bomba de fluxo axial. Mohammad et al.23 analisaram o mecanismo de dissipação de energia de uma pequena bomba centrífuga alimentada por uma turbina reversa sob diferentes condições de fluxo, utilizando a teoria da produção de entropia. O vórtice na entrada do impulsor e a separação do fluxo na saída do impulsor foram considerados as principais causas da geração de entropia na pequena bomba centrífuga operada pela turbina reversa. A perda de produção de entropia do tubo de aspiração foi mais aparente na perda de produção de entropia dos componentes PAT.