Turbomakinelerin akış karakteristiklerinin sayısal incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, günümüzde yaygın olarak kullanılan santrifüj pompaların akış alanı ve performans analizi ele alınmıştır. Örnek bir pompa için akış karakteristikleri incelenmiştir. Nominal debide ve nominal debinin çeşitli katları şeklinde olan kısmi debilerde kanatsız difüzörüyle birlikte analiz edilen pompanın CFD çözümünde k-ε türbülans modeli kullanılırken duvar fonksiyonu içinse ölçeklendirilebilir duvar fonksiyonları kullanılmıştır. Pompanın bütününün CFD analizi hesap zamanını çok arttıracağından sadece bir pasaj geometrisi alınarak diğer pasajlarla birleştiği noktalarda periyodik sınır şartları tanımlanmıştır. Ayrıca rotorun hareketli, difüzöründe hareketsiz olması nedeniyle bu iki yüzeyin birleşme noktalarında akışkan-akışkan bağlantının özel bir şekli olan MFR (Multiple Frame of Reference) tanımlanmıştır. Nominal debi değeri için eldeki deney dataları ile CFD çözümü karşılaştırılmıştır. Kısmi debi değerleri için girişte ve difüzör kısmındaki sirkülasyon bölgeleri araştırılmış, debi değerinin değişimine bağlı olarak çeşitli basınç ve hız grafikleri elde edilmiştir. Oluşan sirkülasyonlar ve lokasyonları değişkenlik göstermiştir.

In this study, the flow field and performance analysis of centrifugal pumps which are widely used were investigated. The flow characteristics of a sample pump were examined. In order to obtain the CFD solution of the centrifugal pump with vaneless diffuser, the k-ε turbulence model with scalable wall functions was used. To gain from computation time one passage of the pump was modelled and periodic boundary conditions were implemented on the conjunction surfaces. Since the rotor is rotating and the diffuser is fixed special type of fluid-fluid connection called as MFR was used to combine these two surfaces. For nominal flow rate, the results were compared with test results available in literature. At partial flow rates, circulations in the inlet region and diffuser circulations were investigated. The pressure and velocity fields were obtained for different flow rates. Variations in circulation zones and their locations were also examined.