Investigação das características hidrodinâmicas de um sistema de bomba de fluxo axial em condições especiais de utilização

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 5159 (2022) Citar este artigo

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Na operação real, as estações de bombeamento de fluxo axial são frequentemente usadas para vários fins especiais para atender às necessidades em constante mudança. No entanto, como as características hidrodinâmicas dos sistemas de bombas de fluxo axial ainda não são claras quando usadas para fins especiais, existem muitos riscos quando os sistemas de bombas são usados ​​para fins especiais. Para explorar as características hidrodinâmicas de um sistema de bomba de fluxo axial sob condições especiais de utilização, uma bancada de teste de alta precisão e recursos completos para um sistema de bomba de fluxo axial é estabelecida neste documento. Pela primeira vez, um experimento de características de energia e uma medição de flutuação de pressão para uma bomba são realizados para um grande modelo de sistema de bomba de fluxo axial sob condições de queda nula, bomba reversa e geração de energia reversa. Em seguida, o software ANSYS CFX é usado para resolver a equação contínua e a equação de Navier-Stokes média de Reynolds, combinada com o modelo de turbulência SST k–ω, e a curva característica e o campo de fluxo interno do sistema de bombeamento sob condições especiais são obtidos. Finalmente, os resultados da simulação numérica são comparados com os resultados experimentais. Os resultados mostram que a distribuição do gradiente de velocidade na bomba é uniforme sob a condição de carga próxima de zero (NZHC), e não há colisão de fluxo óbvia e fenômeno de refluxo na bomba. Comparado com a condição projetada (DC), o valor pico a pico (PPV) da pulsação de pressão na entrada do impulsor diminuiu 67,16% e o PPV na saída do impulsor diminuiu 8,14% em H = 0 m. O valor máximo da amplitude da frequência principal (MFA) na área do impulsor aparece na entrada do impulsor. Sob condições de bomba reversa (RPC), o fenômeno de fluxo instável no sistema de bomba é óbvio e uma grande variedade de zonas de recirculação aparece na face não funcional da lâmina. Comparado com o DC, o PPV da entrada do impulsor no ponto ótimo de RPC aumentou 122,61% e o PPV da saída do impulsor aumentou 11,37%. O valor máximo de MFA na área do impulsor aparece na entrada do impulsor. Sob a condição de geração de energia reversa (RPGC), nenhuma separação de fluxo óbvia foi encontrada na face não funcional do impulsor. Comparado ao DC, o VPP da entrada do impulsor no ponto ótimo do RPGC aumentou 65,34% e o VPP da saída do impulsor aumentou 206,40%.

Nos últimos anos, um grande número de grandes estações de bombeamento de fluxo axial foi construído em todo o mundo, especialmente na China. As estações de bombeamento de fluxo axial são caracterizadas por quedas baixas e grandes vazões e geralmente estão localizadas ao longo de rios e áreas costeiras. A flutuação do nível de água nas partes superior e inferior é muito grande, o que significa que os sistemas de bombas de fluxo axial devem lidar com as demandas mutáveis ​​na operação real. Por exemplo, quando a diferença de nível de água a montante e a jusante é muito pequena, um sistema de bomba de fluxo axial deve ser usado para drenagem de carga quase zero1,2. Quando o nível de água a montante é maior que o nível de água a jusante, o sistema de bomba de fluxo axial pode precisar realizar a elevação reversa da água3, e o sistema de bomba de fluxo axial também pode ser usado para gerar eletricidade a partir da água residual a montante4,5.

Embora as condições de aplicação das estações de bombeamento de fluxo axial estejam em constante expansão, os principais resultados da pesquisa até agora ainda se concentram nas características hidrodinâmicas das condições de bombeamento convencionais6,7,8. Existem poucos estudos sobre as características hidrodinâmicas de sistemas de bombas de fluxo axial em condições especiais de utilização. As características hidrodinâmicas dos sistemas de bombas de fluxo axial em condições especiais de utilização ainda não estão claras, podendo haver muitos riscos, como vibração da unidade e fratura da lâmina, na utilização especial do sistema de bombeamento.