Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial
Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a vol...
| Autor principal: | Dunaiski, Rafael |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2016
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1795 |
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riut-1-17952016-10-26T05:01:01Z Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial Numerical simulation of the flow inside a radial centrifugal pump Dunaiski, Rafael Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo Moura, Luís Mauro Franco, Admilson Teixeira Bombas centrífugas Modelos matemáticos Análise numérica Fluidodinâmica computacional Métodos de simulação Engenharia mecânica Centrifugal pumps Mathematical models Numerical analysis Computational fluid dynamics Simulation methods Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied. CAPES Bombas centrífugas são vastamente utilizadas em muitas aplicações industriais. O conhecimento de como estes componentes se comportam nas diversas aplicações é determinante para o desenvolvimento de sistemas de bombeamento eficientes e econômicos. A combinação de múltiplos rotores, difusores aletados e uma voluta podem apresentar características complexas no escoamento que em grande parte desviam-se da teoria de escoamento invíscido. Uma alternativa para extrair informações detalhadas do escoamento em bombas centrífugas, que forneçam subsídios para entender os fenômenos físicos envolvidos, é o uso da técnica numérica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo numérico do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga de dois estágios (Imbil ITAP 65-330/2) com difusor aletado e uma voluta. As equações de conservação da massa e balanço da quantidade de movimento, que modelam o escoamento em bombas centrífugas, são resolvidas numericamente utilizando o programa comercial de CFD Ansys CFX, usando uma metodologia multi-bloco e transiente. A malha utilizada é estruturada em todo o domínio computacional. As simulações numéricas foram realizadas para o escoamento de água de um fluidos viscosificado para viscosidades variando entre 87 e 720 cP e para diferentes condições de vazão e rotação. Os resultados numéricos referentes ao desempenho global foram validados com dados experimentais obtidos por Amaral (2007) mostrando uma boa concordância, onde o erro médio foi de 6,8% para água. Foram analisados os comportamentos dos campos de escoamento, de velocidades e de pressão em função das condições de operação da bomba, no ponto de melhor eficiência e fora dela. De maneira geral os resultados obtidos atendem aos objetivos propostos e representam uma significativa contribuição ao estado da arte, devendo servir como referência para o desenvolvimento de estudos futuros. 2016-10-25T14:37:36Z 2016-10-25T14:37:36Z 2015-12-16 masterThesis DUNAISKI, Rafael. Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial. 2015. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1795 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Bombas centrífugas Modelos matemáticos Análise numérica Fluidodinâmica computacional Métodos de simulação Engenharia mecânica Centrifugal pumps Mathematical models Numerical analysis Computational fluid dynamics Simulation methods Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Dunaiski, Rafael Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial |
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Centrifugal pumps are vastly used in many industrial applications. Knowledge of how these components behave in several circumstances is crucial for the development of more efficient and, therefore, less expensive pumping installations. The combination of multiple impellers, vaned diffusers and a volute might introduce several complex flow characteristics that largely deviate from regular inviscid pump flow theory. Computational Fluid Dynamics can be very helpful to extract information about which physical phenomena are involved in such flows. In this sense, this work performs a numerical study of the flow in a two-stage centrifugal pump (Imbil ITAP 65-330/2) with a vaned diffuser and a volute. The flow in the pump is modeled using the software Ansys CFX, by means of a multi-block, transient rotor-stator technique, with structured grids for all pump parts. The simulations were performed using water and a mixture of water and glycerin as work fluids. Several viscosities were considered, in a range between 87 and 720 cP. Comparisons between experimental data obtained by Amaral (2007) and numerical head curves showed a good agreement, with an average deviation of 6.8% for water. The behavior of velocity, pressure and turbulence kinetic energy fields was evaluated for several operational conditions. In general, the results obtained by this work achieved the proposed goals and are a significant contribution to the understanding of the flow studied. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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2016 |
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DUNAISKI, Rafael. Simulação numérica do escoamento monofásico em uma bomba centrífuga radial. 2015. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015. |
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