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Jun 09, 2023

Investigação das características hidrodinâmicas de um sistema de bomba de fluxo axial sob condições especiais de utilização

Relatórios Científicos volume 12, Número do artigo: 5159 (2022) Citar este artigo 1358 Acessos 5 Citações Detalhes das métricas Na operação real, as estações de bombeamento de fluxo axial são frequentemente usadas para vários serviços especiais

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 5159 (2022) Citar este artigo

1358 Acessos

5 citações

Detalhes das métricas

Na operação real, as estações de bombeamento de fluxo axial são frequentemente usadas para vários fins especiais para atender às necessidades em constante mudança. No entanto, como as características hidrodinâmicas dos sistemas de bombas de fluxo axial ainda não são claras quando utilizados para fins especiais, existem muitos riscos quando os sistemas de bombas são utilizados para fins especiais. Para explorar as características hidrodinâmicas de um sistema de bomba de fluxo axial sob condições especiais de utilização, um banco de testes completo de alta precisão para um sistema de bomba de fluxo axial é estabelecido neste artigo. Pela primeira vez, um experimento de características de energia e uma medição de flutuação de pressão para uma bomba são realizados para um modelo de sistema de bomba de fluxo axial grande sob condições de queda nula, bomba reversa e geração de energia reversa. Em seguida, o software ANSYS CFX é usado para resolver a equação contínua e a equação média de Navier-Stokes de Reynolds, combinada com o modelo de turbulência SST k – ω, e a curva característica e o campo de fluxo interno do sistema de bomba sob condições especiais são obtidos. Finalmente, os resultados da simulação numérica são comparados com os resultados experimentais. Os resultados mostram que a distribuição do gradiente de velocidade na bomba é uniforme sob a condição de altura manométrica próxima de zero (NZHC), e não há colisão óbvia de fluxo e fenômeno de refluxo na bomba. Comparado com a condição projetada (DC), o valor pico a pico (PPV) da pulsação de pressão na entrada do impulsor diminuiu 67,16%, e o PPV na saída do impulsor diminuiu 8,14% em H = 0 m. O valor máximo da amplitude da frequência principal (MFA) na área do impulsor aparece na entrada do impulsor. Sob condições de bomba reversa (RPC), o fenômeno de fluxo instável no sistema de bomba é óbvio e uma grande variedade de zonas de recirculação aparece na face não funcional da lâmina. Comparado com o DC, o PPV da entrada do impulsor no ponto ideal do RPC aumentou 122,61%, e o PPV da saída do impulsor aumentou 11,37%. O valor máximo de MFA na área do impulsor aparece na entrada do impulsor. Sob a condição de geração de energia reversa (RPGC), nenhuma separação óbvia de fluxo foi encontrada na face não funcional do impulsor. Comparado ao DC, o PPV da entrada do impulsor no ponto ótimo do RPGC aumentou 65,34%, e o PPV da saída do impulsor aumentou 206,40%.

Nos últimos anos, um grande número de grandes estações de bombeamento de fluxo axial foi construído em todo o mundo, especialmente na China. As estações de bombeamento de fluxo axial são caracterizadas por baixas quedas e grandes vazões e geralmente estão localizadas ao longo de rios e áreas costeiras. A flutuação do nível da água nos trechos superior e inferior é muito grande, o que significa que os sistemas de bombas de fluxo axial devem lidar com as demandas variáveis ​​na operação real. Por exemplo, quando a diferença de nível de água a montante e a jusante é muito pequena, um sistema de bomba de fluxo axial deve ser usado para uma drenagem de altura quase nula1,2. Quando o nível de água a montante é superior ao nível de água a jusante, o sistema de bomba de fluxo axial pode precisar realizar a elevação reversa da água3, e o sistema de bomba de fluxo axial também pode ser usado para gerar eletricidade a partir da água residual a montante4,5.

Embora as condições de aplicação das estações de bombeamento de fluxo axial estejam em constante expansão, os principais resultados da pesquisa até agora ainda se concentraram nas características hidrodinâmicas das condições de bombeamento convencionais6,7,8. Existem poucos estudos sobre as características hidrodinâmicas de sistemas de bombas de fluxo axial sob condições especiais de utilização. As características hidrodinâmicas dos sistemas de bomba de fluxo axial sob condições especiais de utilização ainda não são claras e pode haver muitos riscos, como vibração da unidade e fratura da lâmina, na utilização especial do sistema de bomba.