16640

16640

تحليل جريان اسلاري و اثرات آن بر عملكرد پمپ گريز از مركز

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

شهريورماه 1395

دكتر شهرام درخشان

مكانيك

چكيده انتقال جريان‌هاي حاوي ذرات جامد (جريان اسلاري) در اكثر صنايع از جمله نفت و گاز، معادن، پتروشيمي و ... كاربرد وسيعي دارد. عمده صنايع براي انتقال جريان‌هاي اسلاري از پمپ‌هاي گريز از مركز اسلاري استفاده مي‌كنند ولي پيچيده و گران قيمت بودن اين نوع پمپ‌ها باعث شده‌است در اكثر صنايع خصوصاً صنايعي كه جريان اسلاري آن‌ها حاوي ذرات نرم مي‌باشد از پمپ‌هاي گريز از مركز غير اسلاري (مناسب آب خالص) استفاده كنند. در اين پايان‌نامه به بررسي و تحليل تجربي پمپ گريز از مركز حاوي جريان دوفازي جامد-مايع (اسلاري) پرداخته شده و اثرات ذرات نرم جامد (ماسه نرم و كرين فعال) از جمله غلظت، چگالي و سايز ذرات بر عملكرد پمپ بررسي مي‌گردد. نتايج تجربي نشان مي‌دهد با افزايش غلظت و چگالي و سايز ذرات هد پمپ كاهش پيدا مي‌كند و توان مصرفي پمپ نسبت به كاهش هد افزايش چشم‌گيرتري دارد و در نتيجه راندمان پمپ نيز كاهش پيدا مي‌كند. علاوه بر اين مشاهده گرديد در قسمت فشاري پره‌هاي پمپ خصوصاً ناحيه خروجي پره نسبت به ناحيه مكشي رنگ خوردگي (سايش) بيشتر مي‌باشد و اين رنگ خوردگي با افزايش غلظت افزايش مي‌يابد. در ادامه با بررسي مدل‌هاي دوفازي، پمپ‌گريز از مركز حاوي جريان اسلاري به روش حجم محدود و مدل اولر-اولر تحليل عددي شده و نتايج آن با نتايج تجربي جهت اعتبار سنجي مقايسه مي‌شود. نتايج عددي اثر افزايش غلظت، چگالي و سايز ذرات بر عملكرد پمپ مشابه نتايج تجربي مي‌باشد همچنين اين نتايج نشان مي‌دهد تراكم غلظت فاز جامد در ناحيه فشاري پمپ بيشتر مي‌باشد. در نهايت بمنظور افزايش هد و راندمان پمپ گريز از مركز با استفاده از شبكه عصبي مصنوعي و الگوريتم استراتژي عقاب شكل پروانه پمپ بهينه سازي مي‌شود. پارامترهاي بهينه‌سازي پروانه پمپ شامل اندازه قطر لفاف داخلي، قطر دهانه مكش، قطر پروانه، عرض لبه خروجي و زواياي خروجي و ورودي پره مي‌باشد. نتايج بهينه سازي نشان مي‌دهد هد پمپ 85/3 متر و راندمان پمپ 33/3% افزايش مي‌يابد. علاوه براين مشاهده گرديد كانتورهاي فشار استاتيك پمپ بهينه نسبت پمپ اوليه از لحاظ كاويتاسيون بهبود يافته و كانتورهاي توزيع غلظت ذرات جامد پمپ بهينه نسبت به پمپ اوليه با درصد حجمي كم‌تري توزيع شده و يكنواخت‌تر مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: دوفازي اسلاري، پمپ، تحليل تجربي و عددي، بهينه سازي، شبكه عصبي.

1395/11/26

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Slurry transportation is widely used in most industries such as oil & gas industries, mining industries an​d petrochemical industries. Most industries use slurry pump for slurry transportation but complexity an​d costly of this pump cause that some industries transport soft particle by using non-slurry (water) centrifugal pump. In this thesis a centrifugal pump with slurry flow (soft solid - water) was experimentally studied an​d effects of concentration, density an​d diameter of soft solid particle (soft sand an​d Activated carbon) were investigated. The experimental results show that by increasing density, concentration an​d size of the particle, pump head decreases an​d power consumption increases dramatically an​d as a result efficiency of pump reduces. Also it was observed that at pressure side of the blade especially in outlet of it discoloration is more than suction side an​d it was increased by increasing the solid concentration. In the following centrifugal pump with slurry flow was investigated numerically by using finite volume method an​d Eulerian-Eulerian model an​d the results are compared with an​d verified by experimental results. The numerical results show that effects of increasing concentration, density an​d diameter of solid particle are same as experimental results. Also numerical results depict that solid concentration in pressure side is more than suction side of the blade. Finally in order to increase the head an​d efficiency of centrifugal pump with slurry, flow shape of the pump impeller is optimized by using artificial neural network (ANN) an​d eagle strategy. The parameters of impeller that are optimized are hub diameter, suction diameter, impeller diameter, impeller width an​d inlet an​d outlet blade angles. Optimization results show that efficiency an​d head of the pump are improved by 3.33% an​d 3.85 (m). Also it is observed that the static pressure contour of optimized pump is improved about cavitation an​d its solid concentration contour distributed uniformly an​d by lower concentration rather than initial pump. Keywords: Two Phase (slurry), Pump, Experimental an​d Numerical Investigation, Optimization, Artificial Neural Network.