Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

Átírás

1 GANZ ENGINEERING ÉS ENERGETIKAI GÉPGYÁRTÓ KFT. Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével Készítette: Bogár Péter Háznagy Gergely Egyed Csaba Zombor Csaba Budaörs,

2 Bevezetés Szívócsövek bemutatása Vizsgálatok okai Elméleti háttér, képletek Szimuláció Geometria ismertetése Háló felépítése Modell paramétereinek definiálása, peremfeltételek Eredmények kiértékelése Összefoglalás, előrelépési lehetőség

3 Szívócsövek bemutatása I. Szivattyú esetén A járókerék előtt elhelyezkedő csőszakasz A szívócsövön történik a folyadék beszívása Kialakítása: konfúzoros -> áramlás egyenletesítése Szívócső

4 Szívócsövek bemutatása II. Turbina esetén A járókerék után elhelyezkedő csőszakasz A szívócsövön történik a folyadék kiáramlása Kialakítása: diffúzoros Francis-turbina

5 Vizsgálatok okai Szivattyú: konkrét megrendelés Turbina: ajánlatkészítés Veszteségek csökkentése, hatásfok javítás Szivattyú: A kilépő keresztmetszeten a folyadék perdületmentes belépése a járókerékhez Turbina: A szívócső hatásfokának növelése és így a turbina összhatásfokának növelése

6 Elméleti háttér, veszteségek Veszteségmagasság, veszteségek A veszteséges Bernoulli egyenlet v 2 2 be p s, be Δp =p be -p ki [Pa] súrlódási veszteség, h = Δp ρ g [m] U be v 2 2 ki p p' veszteségmagasság, υ h = h %, relatív veszteség, H ahol turbina esetén az esés H t =4,3 [m], és szivattyú esetén a szállítómagasság H sz =2,95 [m] s, ki U ki

7 Elméleti háttér kilépő szögek - szivattyú Feltétel: szivattyú járókerekére történő perdületmentes belépés (szívócsőből kilépés) α > 5 előperdülettel már szabályozunk α: szívócsőből kilépő sebességek axiális irányhoz képesti szöge Sebességi háromszögek: 1 indexű: belépés

8 Szimuláció Víztér modell I. SolidWorks Közvetlenül a víztér geometria modellezése Szivattyú: egyféle, létező geometria ellenőrzése Turbina: többféle kialakítás vizsgálata Oka: S alakú szívócső hajlatában egy rövid konfúzoros szakasz

9 Szimuláció Víztér modell II. Szivattyú - CFZm 1800 ferde tengelyű szivattyú - Névleges tömegáram Q n =7500 [kg/m 3 ] - Szállítómagasság: 2,95 [m] - Szívócső befoglaló méretek: 6,3x2,5x4,3 [m] Turbina - S-turbina szívócső alapján készült modell - Névleges tömegáram Q n =57000 [kg/m 3 ] - Esés: 4,3 [m] - Szívócső befoglaló méretek: 31,8x8,2x6 [m]

10 Szimuláció Hálókészítés ANSYS alaphálózóját használtuk Többféle globális elemméret mellett futtattunk Határréteg sűrítéssel, 30<y + <300 értékének tartása mellett (Re szám alapján teljes turbulens tartomány)

11 Szimuláció Modell tulajdonságok ANSYS CFX Stacioner Közeg: víz Vizsgált turbulencia modellek: k-ε, SST, k-ω Peremfeltételek: Szivattyú Össznyomás = hidrosztatikai nyomás Szállított tömegáram ismert Turbina Belépő km. Össznyomás Tömegáram Kilépő km. Tömegáram Össznyomás

12 ν h [%] Szimuláció Eredmények - szivattyú Veszteségek 0,7 0,6 0,5 0,4 A veszteségek a tömegáram függvényében 0,3 0,2 νh[%] Polinom. (νh[%]) 0,1 p be = [bar] 0,0-0, Q [kg/s] Q [kg/s] p ki [bar] h' [m] E E E E E E E E E E-02 ν h [%]

13 Szimuláció Eredmények - szivattyú Sebességeloszlás a szimmetriasíkban

14 Szimuláció Eredmények - szivattyú Kilépő szögek I.

15 Szimuláció Eredmények - szivattyú Kilépő szögek II. 5

16 ν h [%] Szimuláció Eredmények - turbina Veszteségek Változat ν h [%] 1 2, , , , , , ,416 3,500 3,300 A különböző esetekben a ν h -k alakulása százalékosan 3,100 2,900 2, Változat

17 Szimuláció Eredmények - turbina Áramvonalak

18 Szimuláció Eredmények - turbina Sebességeloszlás a szimmetriasíkban

19 Összefoglalás Szivattyú: Leválás nincs, veszteség 1% alatt Egyenletes kilépés, perdületmentes kilépés nem teljesül a teljes keresztmetszeten Geometria optimalizálása: Szivattyú könyök utáni szakasz meghosszabbítása Ív sugarának növelése Turbina: Több geometria közül az optimális megtalálása A több változat közül sikerült egy olyan változatot megtalálni, ahol a konfúzoros hatás számunkra a legjobban érvényesül Továbblépési lehetőség: A modell egyszerűsítése szempontjából a szimmetriát kihasználva érdemes lenne fél modellel számolni Eredmények esetleges validálása mérésekkel

20 Köszönjük a figyelmet!