Vyšetřování parametrů hydraulických strojů s využitím numerických metod

Abstract

Disertační práce se zabývá numerickým modelováním proudění v hydrodynamickém čerpadle. V úvodu disertační práci je pojednáno o současném stavu řešené problematiky a uvedeny jsou základní rovnice popisující proudění. Při řešení disertační práce byly vytvořeny dvě geometrie čerpadla 40-NED-250-9. Geometrie se liší uvažovanými prostory. První geometrie obsahuje pouze hydraulicky činné části, tedy sací hrdlo, oběžné kolo a spirálu. Druhá geometrie obsahuje i statorové části včetně těsnicích kruhů. Pomocí numerického modelování jsou stanoveny základní charakteristiky čerpadla a výsledky z jednotlivých geometrií i výsledky z rozdílného přístupu k řešení proudění v čerpadle jsou porovnány s experimentem. Proudění je totiž možné uvažovat jako stacionární, tak i nestacionární, přičemž jednotlivé výsledky se od sebe výrazně liší. Pomocí numerického modelování byla stanovena i radiální síla působící na rotor čerpadla. Popsána je i teorie kolem radiální síly. Právě empirické vztahy pro výpočet radiální síly dle řady autorů posloužily pro porovnání výsledků z numerického modelování a empirických vztahů. Dále je vyšetřen vliv částečné smáčivosti stěn na parametry čerpadla. Pro definici částečně smáčivých stěn byla vytvořena uživatelsky definovaná funkce, která umožňuje měnit formou okrajové podmínky parametr částečné smáčivosti, kterým je, adhesní koeficient k. Takto definovaná okrajová podmínka byla aplikována na vybrané části čerpadla, aby bylo možné posoudit vliv částečně smáčivých ploch na parametry čerpadla.

This PhD thesis is focused on numerical modelling of the flow in hydrodynamic pump. In the introduction the state of the art is described and the equations describing a flow are given. Two different geometries of 40-NED-250-9 hydrodynamic pump were created. The first geometry contains only hydraulically active parts, like suction, impeller and volute. The second geometry contains also stator parts with sealing rings. With numerical modelling, the main characteristics of the pump were set and results were compared for both geometries with measured data. Both steady and unsteady flow in a pump was solved. These two approaches greatly differ one from another. From this reason the next comparison was done for these results. The amplitude and direction of the radial force was investigated using numerical modelling. The basic theory about radial forces is described. The results obtained with numerical modelling were compared with results calculated by means of empirical formulas that are presented in literature. Influence of the partial wettability of selected hydraulic parts on the pump performance was investigated. For this purpose, wall boundary condition was modified through the user defined function to account for partial surface wettability by means of adhesion coefficient k. This boundary condition was applied on selected pars of hydrodynamic pump for investigation of changes in pump parameters.