Короткий опис(реферат):
Torque-flow (TFP) pumps are widely used in various industries for pumping contaminated, fibrous or gas-containing
liquids due to their simple design, reliability and low risk of clogging, despite the limitations of efficiency and head. The
main disadvantages of torque-flow pumps are low energy efficiency (pump efficiency η=0.38-0.58) and the possibility of
clogging of their flow part by the pumped product. This problem can be solved by ensuring the self-cleaning effect of the
torque-flow pump by designing the impeller with a non-cyclic arrangement of blades, which will ensure a pulsating nature
of the pressure in its inter-blade channels. The aim of the study was to establish the characteristics of a pump with non
cyclic arranged blades and compare the results obtained with the characteristics of a similar pump with evenly arranged
blades. To conduct a numerical research in the ICEM CFD software package, unstructured computational meshes of the
stator element (housing) and the rotor element (impeller) were created. The pump operating process was simulated in a
stationary setting using the Ansys CFX software package, and the k-ε turbulence model in a stationary setting was used,
water at a temperature of 25°C was used as the operating medium. According to the results of the study, it was found that
when using an impeller with a non-cyclic arrangement of blades (with no blades), there is an increase in the relative velocity
near the operating side of the blade in the expanded inter-blade channel, an uneven distribution of relative velocity at the
entrance to the wheel simultaneously with the appearance of a flow separation zone in the inter-blade channels, which leads
to increased losses, reduced pressure and, accordingly, pump efficiency. At the same time, the above allows us to state
that according to Bernoulli's law, there is some increased pressure in the expanded impeller channels with a non-cyclic
arrangement of blades in the reduced speed zones. This increased pressure creates the prerequisites for unstable relative
motion of the operating fluid compared to using a standard impeller. In turn, this mechanism can be used as a self-cleaning
mechanism for torque-flow pumps.
Суть розробки, основні результати:
Вільновихрові (TFP) насоси широко застосовуються в різних галузях промисловості для перекачування забруднених, волокнистих або газовмістних рідин завдяки їх простій конструкції, надійності та низькому ризику засмічення, незважаючи на обмеження ефективності та напору. Основними недоліками вільновихрових насосів
є низька енергоефективність (ККД насоса η=0,38-0,58) і можливість засмічення їх проточної частини продуктом,
що перекачується. Зазначена проблема може бути вирішена шляхом забезпечення ефекту самоочищення вільновихрового насоса за допомогою проєктування робочого колеса з нерівномірним розташуванням лопатей, яке
забезпечить пульсаційний характер тиску в його міжлопатевих каналах. Метою дослідження було встановлення характеристик насоса з нерівномірно розташованими лопатями та порівняння отриманих результатів із характеристиками аналогічного насоса з рівномірно розташованими лопатями. Для проведення чисельного дослідження у програмному пакеті ICEM CFD були створені неструктуровані розрахункові сітки статорного еле
менту (корпус) та роторного елементу (робоче колесо). Моделювання робочого процесу насоса виконувалося
у стаціонарній постановці з використанням програмного комплексу Ansys CFX, причому була використана k-ε
модель турбулентності у стаціонарній постановці, в якості робочого середовища використовувалася вода за
температури 25°С. За результатами дослідження встановлено, що при використанні робочого колеса з нециклічним розташуванням лопатей (з відсутніми лопатями) відбувається збільшення відносної швидкості біля
робочої сторони лопаті в розширеному міжлопатевому каналі, нерівномірний розподіл швидкості на вході в колесо
одночасно з появою зони відриву потоку в міжлопатевих каналах, що призводить до збільшення втрат, зменшення тиску і, відповідно, ККД насоса. У той же час вищевикладене дозволяє стверджувати, що згідно із законом
Бернуллі в розширених каналах робочого колеса з нециклічним розташуванням лопатей в зонах зниженої швидкості існує деякий підвищений тиск. Саме такий підвищений тиск створює передумови для нестійкого відносного
руху робочої рідини в порівнянні з використанням стандартного робочого колеса. У свою чергу, цей механізм може
бути використаний як механізм самоочищення для вільновихрових насосів.