بررسي اثرات جريان اسلاري در عملكرد پمپ گريز از مركز

دكتري

پمپ‌هاي گريزازمركز به طور گسترده‌اي براي انتقال مايعات با خواص مختلف استفاده مي‌شوند. از اين رو، ويژگي‌هاي عملكرد و پارامترهاي طراحي پمپ‌هاي گريزازمركز همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در دهه اخير، راستاي پروژه¬هاي تحقيقاتي عمدتا بر موضوع بررسي تأثير خصوصيات جريان¬هاي چند-فازي بر رفتار پمپ¬هاي گريزازمركز متمركز بوده¬اند به گونه¬اي كه، مشخصه¬هاي عملكردي پمپ اعم از هد، دبي و بازده بطور مستقيم و با تعريف ضرايب افت، به مشخصه¬هاي جريان نيوتني مرتبط شده اند. لذا، در رساله حاضر تاثير جريان دو فاز جامد-مايع (جريان اسلاري) نيوتني و غيرنيوتني بر رفتار پمپ-هاي گريزازمركز از ديدگاه پارامتر طراحي ضريب لغزش، مورد توجه قرار گرفته است. در اين راستا براي رسيدن به هدف نهايي رساله در بهينه¬سازي هندسه پروانه به كمك پره¬هاي جداكننده (اسپليتر)، مراحل تحقيق در سه بخش شامل آزمايش هندسه اوليه، شبيه¬سازي عددي جريان و بهينه سازي پره¬هاي جداكننده انجام شده است. آزمايش پمپ به منظور بررسي رفتار كاهش هد در حضور جريان اسلاري نيوتني آب-دانه‌هاي شيشه‌اي (GBW)، و جريان اسلاري غير نيوتني آب-كائولن (KW) انجام شده است. در اين ارتباط منحني¬هاي هد-دبي در غلظت و سرعت دوراني¬هاي متفاوت براي دو اسلاري GBW و KWاستخراج شده¬اند. نتايج نشان داد كه با افزايش غلظت در هر دو نوع اسلاري ميزان افت هد، افزايش مي¬يابد. همچنين با افزايش سايز ذرات در اسلاري GBW افت هد بيشتري رخ مي¬دهد. در ادامه، با استفاده از نتايج شبيه¬سازي عددي جريان، توزيع ضريب لغزش و كسر حجمي ذرات در حضور GBW و KW در كانال پروانه محاسبه شد. در اين راستا، از داده¬هاي آزمايش جهت ارزيابي و اعتبار سنجي شبيه¬سازي عددي بهره گرفته شد. نتايج نشان داد كه ضريب لغزش در غلظت حجمي 21% براي اسلاري KW به مقدار اندكي در حدود 1% كاهش يافته است. با اين حال، رفتار كاهشي ضريب لغزش براي GBW شديدتر از KW است به گونه اي كه در غلظت حجمي 10%، كاهش ضريب لغزش بيش از 3% است. اين موضوع ناشي از تقويت نيروهاي كريوليس در ذرات با چگالي و اندازه بزرگ¬تر بوده كه منجر به انحراف بيشتر جريان و متعاقبا كاهش شديد¬تر ضريب لغزش مي¬شود. در گام آخر، با رويكرد بهبود و افزايش ضريب لغزش در كانال پروانه و همچنين بهبود عملكرد، بهينه¬سازي هندسه پروانه با بهره¬گيري از پره¬هاي جداكننده صورت گرفته است. به اين منظور از سه پارامتر طول، تعداد و موقعيت محيطي پره¬هاي جداكننده به عنوان پارامترهاي بهينه¬سازي و از تركيب روش¬هاي طراحي آزمايش، پاسخ سطح و الگوريتم ژنتيك به عنوان فرآيند بهينه-سازي استفاده شده است. در ادامه نتايج بهينه‌سازي دلالت بر نزديك بودن موقعيت محيطي پره¬هاي اسپليتر (موقعيت 2/67% از فضاي بين دو پره اصلي) به سطح فشار پره¬هاي اصلي دارد. همچنين تعداد و طول بهينه پره¬هاي اسپليتر به ترتيب 6 و 8/62% طول پره‌هاي اصلي به دست آمده است. نتايج شبيه¬سازي هندسه نهايي نشان مي¬دهد كه هد پمپ از 7/29 متر در پروانه اوليه به 7/31 متر و به ميزان 7/6%، در پروانه بهينه افزايش يافته و بازده در محدوده مقادير اوليه، حفظ شده است. از سوي ديگر، از تحليل اين نتايج استنباط مي¬شود كه انتقال نامطلوب نقطه بهترين بازده (BEP) پمپ به دبي پايين‌تر از پيامدهاي كاهش سطح موثر عبور جريان است كه در پي افزودن پره¬هاي جداكننده رخ مي¬دهد. بديهي است كه اهداف اين پروژه در حوزه غلبه بر اثرات جريان اسلاري مانند كاهش هد، بازده و سايش و متعاقبا افزايش كارايي سيستم انتقال جريان مي¬تواند پيش¬گامي نوين براي پژوهشگران در حوزه طراحي و ساخت نسل¬هاي نوين پمپ¬هاي اسلاري باشد.

209485

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

دكتر مهدي مقيمي - دكتر شهرام درخشان