دانلود رایگان ترجمه مقاله آزمایش روی خصوصیات حفره ای پمپ گریز از مرکز با القا کننده تیغه شکاف – اسپرینگر ۲۰۱۵

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

۱- مقدمه
از پمپ های سانتریفیوژ به طور گسترده ای در صنایع مختلف، از جمله مواد شیمیایی پتروشیمی، هوا فضا و صنایع انرژی استفاده می شود. با توسعه سریع این صنایع، پمپ های گریز از مرکز نیازمند افزایش سرعت هستند که در چنین مواردی نیز کاویتاسیون اتفاق می افتد. تجهیز القایی واقع در در جلو پروانه مرکزی گریز از مرکز، یک روش موثر برای مهار کاویتاسیون است [۱]. القاکننده تیغه شکاف یک نوع معمولی است و به شدت به عملکرد ضد کاویتاسون پمپ ها کمک می کند. جريان موجود در القاکننده تیغه-شکاف مخصوصا در هنگام کاويتاسیون بسيار آشفته است. به تازگی چندین مطالعه عددی و تجربی به بررسی جریان حفره ای پمپ های سانتریفیوژ دارای یک القا کننده متناوب پرداخته اند. لی و همکاران [۲] و اوکیتا و همکاران [۳] نشان دادند که شبیه سازی عددی عملکرد پمپ سانتریفیوژ دارای القا کننده با آزمایش های انجام شده بر روی مدل های آزمایش موافق است. سمنوو همکاران [۴] نیز به شبیه سازی و آزمایش بر روی جریان حفره ای در القا کننده پرداختند. آنها یک نوع جدید از بی ثباتی حفره ای در پمپ را کشف کردند. پافاری و همکاران [۵] رفتار کاویتاسیون یک موتور القایی توربو موتور راکت چهار تیغه ای را شبیه سازی کرده و پنج الگوی کاویتاسیون را مشاهده کردند. کیم و همکاران [۶] تاثیرگذاری نوک لیزر برروی عملکرد و ویژگی های جریان یک توربین پمپ القایی را با استفاده از رویکرد دینامیکی سیالات محاسباتی (CFD) مورد بررسی قرار دادند. آنها متوجه شدند که کاویتاسیون بر روی تیغه طولانی برای نوک بزرگ ایجاد می شود و این کاویتاسیون گلوی موجود بین دو تیغ مجاور را مسدود می کند. لی و همکاران [۷] تحقیقات تجربی و عددی بر بی ثباتی کاویتاسیون القا کننده دو طرفه انجام دادند و دریافتند که جریان محلی که در اطراف بسته شدن حفره رخ داده است به طور قابل ملاحظه ای موجب وقوع کاویتاسون نامتقارن می شود. ایگا و همکاران [۸] نیز بر اساس ویژگی های نوسان و زمینه های جریان، سه نوع حفره را در یک القاگر یافتند. کمپسو آموسو و همکاران [۹] نیز به صورت عددی جریان ناپایدار حفره ای را شبیه سازی کرده و بی ثباتی های کاویتاسیون محلی، مانند کاویتاسیون متناوب تیغه و کاویتاسیون تیغه دوار، که می تواند در القاء محوری ظاهر شود را بررسی نمودند. تامورا و همکاران [۱۰] یک مدل دینامیکی حباب را برای بهبود کیفیت شبیه سازی ایجاد کردند. یوشیدا و همکاران [۱۱] القا کننده های چهار تیغه ای را با استفاده از مقادیر مختلف برش برای جلوگیری از کاویتاسیون چرخشی ایجاد شده از برش متناوب پیشرو لبه، مورد آزمایش قرار دادند و نشان دادند که مناطق دارای کاویتاسیون متناوب تیغه ای و کاویتی نامتقارن با افزایش مقدار برش افزایش می یابد. یوشیدا و همکاران [۱۲] رابطه طول حفره ناهموار و نیروی پویای روتور را در یک القا کننده حفره ای دارای سه تیغه بررسی کردند و نشان دادند که ارتعاش شفت به علت کاویتاسیون چرخشی نوعی از ارتعاش خود هیجانی می باشد که ناشی از اتصال بی ثباتی حفره و دینامیک روتور است. تانی و همکاران [۱۳] رابطه بین کاویتاسیون چرخشی و ضریب جریان یک القاگر را از طریق شبیه سازی های عددی بررسی کردند و دریافتند که ضریب جریان بر شروع ناپایداری کاویتاسیون، مانند کاویتاسیون چرخشی و نامتقارن تأثیر می گذارد. هوریگوچی و همکاران [۱۴] جریان کاویتی ثابت در آبشارها را بررسی کرد و دریافتند که ثبات جریان بر ضخامت کمربند و تیغه اثر می گذارد. هم چنین هوریگوچی و همکاران [۱۵] متوجه شدند که جریان سه بعدی حفره ای باعث تغییر زاویه حمله می شود که آن نیز با تغییر سرعت میانه ای رابطه دارد. کیمورا و همکاران [۱۶] ساختار گرداب موجود در القایی را برای سه نوع هندسه پوشش ورودی به همراه سرعت جریان های مختلف مورد مطالعه قرار دادند و نتایج آنها نشان داد که توسعه نشت نوک گرداب به هندسه پوشش ورودی و سرعت جریان وابسته است.
هنگ و همکاران [۱۷] یک پمپ را با استفاده از القا کننده آزمایش کردند و نتیجه گرفتند که القا کننده اثرات ناچیزی بر سر و کارایی پمپ دارد، اما تأثیر قابل توجهی بر عملکرد ضد کاویتاسیون دارد.
بسیاری از محققان [۲۲-۲۲] بر حفره سازی تمرکز کرده و به نتایج خاصی دست یافته اند. با این حال، تحقیق در مورد ویژگی های ضد حفره ای یک پمپ سانتریفوژی که دارای سرعت بالا و القا کننده تیغه شکاف است، ناکافی می باشد. علاوه بر این، ویژگی های خارجی و تجسم جریان داخلی به ندرت مورد آزمایش قرار گرفته اند. بنابراین، تحقیقات در خصوص ویژگی های حفره چرخشی یک پمپ گریز از مرکز با القا کننده تیغه شکاف، ضروری و مورد نیاز است.
هدف از این مطالعه بررسی عددی و آزمایشگاهی ویژگی های حفره ی چرخشی یک پمپ سانتریفیوژ با سرعت بالایی است که دارای القا کننده ی تیغه ی شکاف می باشد. هدف از این کار این است که کاویتاسیون را در اطراف القا کننده تیغه شکاف و پروانه ی پمپ گریز از مرکز تجزیه و تحلیل شود. کاویتاسیون چرخشی با استفاده از مدل ترکیبی و از طریق رویکرد CFD به صورت عددی مورد بررسی قرار می گیرد. آزمایشات انجام گرفته برروی ویژگی های خارجی پمپ سانتریفیوژ نیز در یک سیستم بسته انجام می شود. جریان حفره ای موجود در القا کننده از طریق تجسم سازی و با استفاده از یک سیستم ویدئویی سرعت بالا مشاهده می شود. رفتار ناپایدار کاویتاسیون با مقایسه نتایج عددی با داده های تجربی مورد بحث قرار می گیرد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱٫ Introduction

Centrifugal pumps have been widely applied in different industries, including the petro-chemical, aerospace, and energy industries. With the rapid development of these industries, centrifugal pumps are required to increase in speed. In such cases, cavitation frequently occurs. Equipping an inducer in front of the main centrifugal impeller is an effective method to suppress cavitation [1]. A splitter-blade inducer is a common type and highly contributes to the anti-cavitation performance of pumps. The flow in the splitter-blade inducer is highly turbulent, particularly during cavitation. Several numerical and experimental studies have recently investigated the cavitating flow of a centrifugal pump with a forward-attached inducer. Li et al. [2] and Okita et al. [3] showed that the numerical simulation of the performance of a centrifugal pump with an inducer agrees with experiments conducted on test models. Semenov et al. [4] performed simulations and experiments on the cavitating flow in an inducer. They discovered a new type of cavitation instability in the pump. Pouffary et al. [5] simulated the cavitation behavior of a four-blade rocket engine turbo pump inducer and observed five cavitation patterns. Kim et al. [6] investigated the effects of tip clearance on the anti-cavitation performance and flow characteristics of a turbo pump inducer by using the computational fluid dynamics (CFD) approach. They found that cavitation is generated on the long blade for large tip clearances and that this cavitation obstructs the throat between two adjacent blades. Lee et al. [7] conducted experimental and numerical investigations on the cavitation instability of a two-bladed inducer. They found that the local flow around the cavity closure significantly contributes to the occurrence of asymmetric cavitation. Iga et al. [8] found three types of cavitation surges in an inducer on the basis of oscillation characteristics and flow fields. CamposAmezcua et al. [9] numerically simulated an unsteady cavitating flow and explored local cavitation instabilities, such as alternate blade cavitation and rotating blade cavitation, which can appear in axial inducers. Tamura et al. [10] established a bubble dynamics model to improve simulation quality. Yoshida et al. [11] tested four-bladed inducers with various amounts of cutback to suppress rotating cavitation by applying alternate leading edge cutback. They showed that regions with alternate blade cavitation and asymmetric cavitation become enlarged with an increasing cutback amount. Yoshida et al. [12] investigated the relationship of the uneven cavity length and rotor dynamic force in a cavitating inducer with three blades. They indicated that the shaft vibration because of rotating cavitation is a type of self-excited vibration arising from the coupling of cavitation instability and rotor dynamics. Tani et al. [13] investigated the relationship between the rotating cavitation and flow coefficient of an inducer through numerical simulations. They showed that the flow coefficient influences the onset of cavitation instabilities, such as rotating and asymmetric cavitation. Horiguchi et al. [14] analyzed steady cavitating flow in cascades and found that the stability of the flow affects the camber and blade thickness. Horiguchi et al. [15] found that the three-dimensionality of cavitating flow changes the angle of attack, which is associated with the change in meridional velocity. Kimura et al. [16] researched the vortex structure in the inducer for three types of inlet casing geometries with various flow rates. Their results showed that the development of the tip leakage vortex is dependent on the inlet casing geometry and the flow rate. Hong et al. [17] experimented on a pump with an inducer and found that the inducer exhibits a negligible effect on the head and efficiency of the pump but exerts a significant effect on anti-cavitation performance. Many scholars [18-22] have focused on cavitation and arrived at certain conclusions. However, research on the anticavitation characteristics of a high-speed centrifugal pump with a splitter-blade inducer is insufficient. Moreover, the external characteristics and visualization of internal flow have been rarely experimented. Therefore, investigations on the rotating cavitation characteristics of a centrifugal pump with a splitter-blade inducer are essential. This study aims to numerically and experimentally investigate the rotating cavitation characteristics of a high-speed centrifugal pump with a splitter-blade inducer. The objective of this work is to analyze the cavitation around the splitterblade inducer and the impeller of the centrifugal pump. The rotating cavitation is numerically investigated with the use of a mixture model through the CFD approach. Experiments on the external characteristics of the centrifugal pump are performed on a closed system. The cavitating flow in the inducer is observed by visualization with a high-speed video system. The unsteady behavior of cavitation is discussed by comparison of the numerical results with the experimental data.