18419

۱۸۴۱۹

بهينه سازي و جلوگيريي از كاويتاسيون اينديوسر پمپ گريز از مركز

كارشناسي ارشد

هوافضا - آيروديناميك

آبان ماه ۱۳۹۶

دكتر محمدحسن شجاعي فرد

مكانيك

اينديوسرها قطعات مهمي هستند كه براي دستيابي به عملكرد مكش بالاتر در پمپ، در جلوي پروانه اصلي پمپ نصب مي‌‌گردند و با همان سرعت پروانه مي‌‌چرخد. اينديوسر ميتواند فشار ورودي به پروانه‌‌هاي پمپ را افزايش دهد و در نتيجه عملكرد مكشي توربوپمپ را بهبود ببخشد و با افزايش فشار موجب كاهش كاويتاسيون مي‌‌گردد، كه در نتيجه باعث بهبود عملكرد پمپ و افزايش عمر پمپ گردد. با توجه به اهميت اين موضوع به بررسي عملكرد اينديوسر پرداخته شده است. در كار حاضر شبيه‌‌سازي اينديوسر تحت دو حالت كاويتاسيوني و غيركاويتاسيوني به صورت سه بعدي با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي انجام شده است و نتايح آن با داده‌‌هاي آزمايشگاهي مقايسه شده است كه اين اختلاف بسيار اندك بوده است. در حالت عملكرد غير كاويتاسيوني در نقطه طراحي درصد خطا با داده‌‌هاي تجربي كمتر از 2 درصد و در حالت عملكرد كاويتاسيوني نسبت به داده‌‌هاي تجربي در حدود 3 درصد خطا وجود داشت كه اين اختلاف مربوط به افت‌‌هاي مكانيكي و لقي شعاعي نوك پره خواهد بود. در اين پژوهش ابتدا پارامترهاي مؤثر بر اينديسور شامل اثر لقي شعاعي نوك، سرعت دوراني، دماي سيال، پارامترهاي مدل كاويتاسيوني، زاويه ورودي پره و لغزشي بودن اينديوسر تحت دو شرايط كاويتاسيوني و غيركاويتاسيوني بررسي شده است. نتايج نشان داد كه با كاهش لقي شعاعي عملكرد پمپ در شرايط غير كاويتاسيوني بهبود پيدا كرده اما در شرايط كاويتاسيوني باعث تسريع در پديدار شدن حباب شده است. همچنين اين نتيجه حائز اهميت است كه با افزايش دما نقطه شكست كاويتاسيون كاهش مي‌‌يابد. در ادامه براي بهينه كردن اينديوسر با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي ارتباط بين پارامترهاي طراحي (زاويه ورودي نوك پره، زاويه خروجي نوك پره و نسبت قطر توپي به نوك) و توابع هدف به دست آمده و سپس با استفاده از بهينه‌‌سازي چند هدفه اينديوسر پمپ گريز از مركز بهينه گرديده است. با توجه به بهينه سازي چند هدفي مقدار عملكرد اينديوسر 22% ، بازدهي اينديوسر 7% و سرعت مكش مثبت مخصوص مورد نظر 21% بهبود پيدا كرده است.

1396/11/15

3/21/2019 12:00:00 AM

Inducers are important devices that are installed in inlet of the main impeller that rotating by impeller rotational velocity to achieve higher pump suction performance. Inducers can increase the inlet pressure to the impellers, thus enhancement the turbopump performance and by increasing pressure decrease cavitation, this improves pump performance and pump life. Considering the importance of this issue, we have reviewed the performance of the Inducer. In the present work, the numerical simulation of an inducer under two modes of cavitation and non-covariance is carried out in a three-dimensional using computational fluid dynamics, and its results are compared with experimental data, which discrepancy is very a little. In non-cavitation mode, discrepancy with was less than 2% and in cavitation mode, there were about 3% errors in comparison to the experimental data. This difference will be due to mechanical loses and tip clearance of the blade. In this study, firstly, the parameters affecting the inducer include the effect of tip clearance, rotational velocity, fluid temperature, parameters of the cavitation model, inlet blade angle and slip of the inducer under the cavitation / non-cavitation conditions. The results showed that by a decrease tip clearance, the pump performance improved under non-cavitation conditions, but in cavitation conditions it accelerated the appearance of bubbles. It is also important to note that with increasing temperature, the cavitation breakdown rate decreases. In order to optimize the inducer using artificial neural network, the relationship between design parameters (inlet tip blade angle, outlet tip blade angle and hub to tip diameter ratio) and target functions was obtained and then optimized using multi-objective optimization. Regarding multi-objective optimization, the 22% efficiency of the Inducerr, 7% of the Inducer hydraulic efficiency and the required net positive suction head 21% has improved.