특수 활용 조건에서 축류 펌프 시스템의 유체역학적 특성 조사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 5159(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

실제 작동에서 축류 펌프 스테이션은 변화하는 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 특수 목적으로 사용되는 경우가 많습니다. 그러나 축류 펌프 시스템의 유체 역학적 특성은 특수 목적으로 사용될 때 여전히 불분명하기 때문에 펌프 시스템을 특수 목적으로 사용할 경우 많은 위험이 있습니다. 특별한 활용 조건에서 축류 펌프 시스템의 유체역학적 특성을 조사하기 위해 본 논문에서는 축류 펌프 시스템에 대한 고정밀 전체 기능 테스트 벤치를 설정했습니다. 처음으로 영수두, 역방향 펌프 및 역방향 발전 조건에서 대축류 펌프 시스템 모델에 대해 펌프의 에너지 특성 실험과 압력 변동 측정을 수행했습니다. 그런 다음 ANSYS CFX 소프트웨어를 사용하여 연속 방정식과 Reynolds 평균 Navier-Stokes 방정식을 SST k-Ω 난류 모델과 결합하여 풀고 특수 조건에서 펌프 시스템의 특성 곡선과 내부 유동장을 얻습니다. 마지막으로 수치 시뮬레이션 결과를 실험 결과와 비교합니다. 결과는 펌프의 속도 구배 분포가 거의 영수두 조건(NZHC)에서 균일하고 펌프에서 뚜렷한 흐름 충돌 및 역류 현상이 없음을 보여줍니다. 설계조건(DC)과 비교하여 H=0에서 임펠러 입구 압력맥동의 PPV(peak-to-peak value)는 67.16% 감소하였고, 임펠러 출구 PPV는 8.14% 감소하였다. 중. 임펠러 영역의 주주파수 진폭(MFA)의 최대값은 임펠러 입구에서 나타납니다. 역방향 펌프 조건(RPC)에서는 펌프 시스템의 흐름이 불안정해지는 현상이 명백하며 블레이드의 비작동 면에 광범위한 재순환 영역이 나타납니다. DC와 비교하여 RPC 최적점에서 임펠러 입구 PPV는 122.61% 증가하였고, 임펠러 출구 PPV는 11.37% 증가하였다. 임펠러 영역의 MFA 최대값은 임펠러 입구에서 나타납니다. 역방향 발전 조건(RPGC)에서는 임펠러의 작동하지 않는 면에서 명확한 흐름 분리가 발견되지 않았습니다. DC와 비교하여 RPGC의 최적점에서 임펠러 입구의 PPV는 65.34% 증가하였고, 임펠러 출구의 PPV는 206.40% 증가하였다.

최근 몇 년 동안 전 세계, 특히 중국에 수많은 대형 축류 펌프장이 건설되었습니다. 축류 펌프장은 낮은 수두와 큰 유량을 특징으로 하며 강과 해안 지역을 따라 위치하는 경우가 많습니다. 상부 및 하부 수위의 변동은 매우 크며 이는 축류 펌프 시스템이 실제 작동 시 변화하는 요구 사항에 대처해야 함을 의미합니다. 예를 들어, 상류와 하류의 수위 차이가 매우 작은 경우 거의 제로 수두 배수를 위해 축류 펌프 시스템을 사용해야 합니다1,2. 상류 수위가 하류 수위보다 높을 때 축류 펌프 시스템은 역방향 양수를 수행해야 할 수 있으며3, 축류 펌프 시스템은 상류 잔류수4,5에서 전기를 생성하는 데에도 사용할 수 있습니다.

축류 펌프 스테이션의 적용 조건이 지속적으로 확장되고 있지만 지금까지의 주요 연구 결과는 여전히 기존 펌프 조건6,7,8의 유체역학적 특성에 집중되어 있습니다. 특별한 활용 조건에서 축류 펌프 시스템의 유체 역학적 특성에 대한 연구는 거의 없습니다. 특별한 활용 조건에서 축류 펌프 시스템의 유체역학적 특성은 아직 불분명하며, 펌프 시스템의 특별한 활용에는 단위 진동 및 블레이드 파손과 같은 많은 위험이 있을 수 있습니다.