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Jun 09, 2023

特殊な使用条件における軸流ポンプシステムの流体力学的特性の調査

Scientific Reports volume 12、記事番号: 5159 (2022) この記事を引用 1358 アクセス 5 引用 メトリクスの詳細 実際の運用では、軸流ポンプ ステーションはさまざまな特殊用途によく使用されます。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 5159 (2022) この記事を引用

1358 アクセス

5 引用

メトリクスの詳細

実際の運用では、軸流ポンプ ステーションは、変化するニーズを満たすためにさまざまな特殊な目的に使用されることがよくあります。 しかし、軸流ポンプシステムの特殊用途における流体力学的特性はまだ不明であるため、ポンプシステムを特殊用途に使用する場合には多くのリスクが伴います。 特殊な使用条件下での軸流ポンプシステムの流体力学的特性を調査するために、本論文では軸流ポンプシステム用の高精度フル機能テストベンチを確立しました。 大型軸流ポンプシステムモデルを対象に、ゼロ揚程、逆ポンプ、逆発電条件でのエネルギー特性実験とポンプの圧力変動測定を初めて実施した。 次に、ANSYS CFX ソフトウェアを使用して連続方程式とレイノルズ平均ナビエ・ストークス方程式を解き、SST k-ω 乱流モデルと組み合わせて、特殊な条件下でのポンプ システムの特性曲線と内部流れ場を取得します。 最後に、数値シミュレーション結果を実験結果と比較します。 結果は,ポンプ内の速度勾配分布がほぼゼロ揚程条件(NZHC)の下で均一であり,ポンプ内に明らかな流れの衝突や逆流現象がないことを示した。 設計条件（DC）と比較して、H = 0 で羽根車入口の圧力脈動のピークツーピーク値（PPV）は 67.16% 減少し、羽根車出口の PPV は 8.14% 減少しました。メートル。 インペラ領域の主周波数振幅 (MFA) の最大値は、インペラ入口に現れます。 逆ポンプ条件 (RPC) では、ポンプ システム内の流れが不安定になる現象が明らかであり、ブレードの非作動面に広範囲の再循環ゾーンが現れます。 DCと比較して、RPC最適点におけるインペラ入口のPPVは122.61%増加し、インペラ出口PPVは11.37%増加した。 インペラ領域の MFA の最大値はインペラ入口に現れます。 逆発電条件 (RPGC) では、インペラの非作動面に明らかな流れの剥離は見られませんでした。 DCと比較して、RPGCの最適点におけるインペラ入口のPPVは65.34%増加し、インペラ出口のPPVは206.40%増加した。

近年、中国を中心に世界中で大型の軸流ポンプ場が多数建設されています。 軸流ポンプ場は、低落差と大流量が特徴で、多くの場合、川や海岸沿いに設置されます。 上流域と下流域の水位変動は非常に大きく、軸流ポンプシステムは実際の運用において変化する需要に対応する必要があります。 たとえば、上流と下流の水位差が非常に小さい場合、ほぼゼロヘッドの排水を実現するには軸流ポンプ システムを使用する必要があります1,2。 上流の水位が下流の水位よりも高い場合、軸流ポンプ システムによる逆揚水の実行が必要になる場合があります 3。また、軸流ポンプ システムを使用して上流の残留水から発電することもできます 4,5。

軸流ポンプステーションの適用条件は拡大し続けていますが、これまでの主な研究結果は依然として従来のポンプ条件の流体力学的特性に集中しています6、7、8。 特殊な使用条件下での軸流ポンプシステムの流体力学的特性に関する研究はほとんどありません。 軸流ポンプシステムの特殊な使用条件における流体力学的特性はまだ不明であり、ポンプシステムの特殊な使用においては、ユニットの振動やブレードの破損など多くのリスクが存在する可能性があります。