Влияние профиля лопасти на характеристики вихревого насоса открытого типа с открытым боковым каналом

Об авторах:

Болдырев Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры Высокоэнергетические процессы и агрегаты, Набережночелнинский институт (филиал) Казанского федерального университета (г. Набережные Челны); alexeyboldyrev@mail.ru; ORCID: 0000-0002-6184-9943

Болдырев Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры Высокоэнергетические процессы и агрегаты, Набережночелнинский институт (филиал) Казанского федерального университета (г. Набережные Челны); underminder@mail.ru; ORCID: 0000-0003-3596-0565

Карелин Дмитрий Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры
Высокоэнергетические процессы и агрегаты,
Набережночелнинский институт (филиал)
Казанского федерального университета (г. Набережные Челны); karelindl@mail.ru; ORCID: 0000-0003-1479-633X

Аннотация:

В статье представлены результаты численного моделирования установившегося турбулентного течения несжимаемой жидкости в вихревом насосе открытого типа с открытым боковым каналом и сравнение обобщенных результатов моделирования с известными экспериментальными данными. В основе математической модели использованы уравнения Навье — Стокса и неразрывности, осредненные по Рейнольдсу, а также уравнения двухслойной Realizable k-ε модели турбулентности, учитывающей кривизну линий тока. Была оценена сеточная независимость решения. Исследовано влияние 14 профилей лопасти на напор и коэффициент полезного действия вихревого насоса.

Решение уравнений модели осуществлено методом конечных объемов с помощью последовательного алгоритма в трех расчетных областях («подводящий канал», «лопастное колесо», «открытый боковой канал корпуса и отводящий канал») с оценкой сеточной независимости решения. Результат решения между областями передавался в соответствующих точках интерфейсных поверхностей. Исследовано влияние 14 профилей лопасти на напор и коэффициент полезного действия вихревого насоса.

По результатам моделирования предложены профили лопасти в виде прямоугольника с выпуклым скруглением лопасти на стороне всасывания радиусом 10 мм и в виде прямоугольного треугольника с вогнутым скруглением лопасти на стороне всасывания радиусом 52 мм и без скругления, дающие существенный рост напора — более 20%.

Список литературы:

1. Байбаков О. В. Вихревые гидравлические машины / О. В. Байбаков. М.: Машиностроение, 1981. 197 с.

2. Appiah D. Effects of the geometrical conditions on the performance of a side channel pump: a review / D. Appiah, F. Zhang, S. Yuan, M. K. Osman // International Journal of Energy Research. 2018. Vol. 42. No. 2. Pp. 416-428.

3. Fleder S. Influence of gas-liquid multiphase-flow on acoustic behavior and performance of side channel pumps / S. Fleder, F. Hassert, M. Böhle, B. Zientek-Strietz // American Society of Mechanical Engineers, Fluids Engineering Division (Publication) FEDSM. 2017. Vol. 1A-2017. Art. FEDSM2017-69094, V01AT05A006.

4. Zhang F. Effect of suction side blade profile on the performance of a side channel pump / F. Zhang, A. Fleder, M. Böhle, S. Yuan // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2016. Vol. 230. No. 6. Pp. 586-597.

5. Zhang F. Experimental investigation on the performance of a side channel pump under gas-liquid two-phase flow operating condition / F. Zhang, M. Böhle, S. Yuan // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2017. Vol. 231. No. 7. Pp. 645-653.

6. Zhang F. Numerical delineation of 3D unsteady flow fields in side channel pumps for engineering processes / F. Zhang, K. Chen, D. Appiah, B. Hu, S. Yuan, S. N. Asomani // Energies. 2019. Vol. 12. No. 12. Art. 1287.

7. Zhang F. Transient flow characterization in energy conversion of a side channel pump under different blade suction angles / F. Zhang, D. Appiah, J. Zhang, S. Yuan, M. K. Osman, K. Chen // Energy. 2018. Vol. 161. Pp. 635-648.