Numerical Study of Vortex Control in Pump Intakes

Talebi, Mina and Safarzadeh, Akbar (2016) Numerical Study of Vortex Control in Pump Intakes. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (مطالعه عددی کنترل گرداب در آبگیرهای پمپ)
Mina Talebi.pdf

Download (556kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

In this thesis 3D free surface flow in the rectangular pump sump has been simulated numerically using the FLOW3-D Software. The present numerical model used solves the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and VOF multiphase model. The K-ε RNG turbulence model and the GMRES algorithm for pressure-velocity coupling are used. To study the sensitivity of the discretization of flow field, three types of grid with different cell numbers has been used and similar results were achieved in the last two grid and the results were independent from the grid. in the validation of this numerical model, emphasis was placed on the prediction of the number, location, size and strength of the various type of vortices. For this purpose Results of the numerical simulation of a benchmark model has been compared with data available in the literature and the results have been verified. Free surface and sub-surface vortices have been visualized using the Q-criterion and effect of the eccentricity of the suction pipe on the vortical structures has been investigated. In order to quantitative analysis of the results, circulation and aslo the overal rotation angle at different slices along the suction pipe are computed by integrating the vorticity field over the slices area and variations of these parameters along the pipe are investigated. After detection of the vortical structures in the base model, effect of the various anti-vortex devices (AVDs) such as side and corner fillets, bed splitter and curtain wall on the control of the free surface and sub-surface vortices has been studied. Results show that the basin with the side and corner fillets which are designed according to the ANSI9.8 recommended sizes, results in better hydrodynamic conditions compared to the basin with bigger side filletes. In the basin equiped with the big side filletes, despite the suppresion of the side sub-surface vortices, development of the new sub-surface vortices at the back of the suction pipe induces more complexity to the flow inside of the suction pipe and consequently the rotation of the flow at the slices along the suction pipe increases. The free surface vortices cause low frequency fluctuations at the pump inlet. The curtain wall controls the free surface vortices and it eliminates the low frequency- high amplitude fluctuations at the pump inlet. Based on the parametric studies, the optimum distance of the curtain wall from the suction pipe is determined 2.1D, where D is the pipe diameter. Finally a new geometry for the pump basin is recommended, which suppresses all of the free surface and sub-surface vortices.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: مطالعه عددی کنترل گرداب در آبگیرهای پمپ
Persian Abstract: در این پایان¬نامه مدلسازی عددی سه بعدی جریان در حوضچه مستطیلی پمپاژ با استفاده از نرم افزار FLOW-3D بصورت سطح آزاد انجام شده است. در مدل عددی حاضر از حل معادلات ناویراستوکس متوسط گیری زمانی شده (RANS) و مدل چندفازی VOF بهره گرفته شده است. مدل آشفتگی به کار گرفته شده K-ε RNG و الگوریتم کوپل سرعت-فشار الگوریتم GMRES می باشد. جهت بررسی حساسیت نتایج نسبت به گسسته سازی میدان جریان از سه نوع شبکه بندی با تعداد سلول های مختلف استفاده و در دو شبکه بندی اخیر به نتایج مشابه دست یافته و استقلال نتایج از شبکه بندی مشاهده شد. صحت سنجی مدلسازی عددی تاکید بر پیش بینی تعداد، موقعیت، اندازه و قدرت انواع مختلف گردابه ها داشته و به این منظور نتایج یک مدل پایه با داده های موجود در مراجع مقایسه و با استفاده از پارامتر Q ساختار سه بعدی گردابه های سطحی و زیر سطحی استخراج و تاثیر عدم تقارن موقعیت قرار گیری لوله مکشی بر ساختار گردابه ها بررسی گردیده است. همچنین برای بررسی کمّی نتایج حاصله، مقادیر گردش و زاویه عمومی چرخش در صفحات مختلف داخل لوله مکشی با انتگرال¬گیری میدان ورتیسیتی بر روی سطوح مقاطع محاسبه شده و تغییرات این پارامترها در طول لوله بررسی شد. پس از مشخص نمودن ساختار جریان های چرخشی در مدل پایه، تاثیر ابزارهای مختلف کنترل گردابه نظیر فیلت های گوشه و کناره، اسپلیتر کف و همچنین دیواره پرده¬ای بر کنترل گردابه های سطحی و زیر سطحی بررسی گردید. بر اساس نتایج حاصله، ابعاد پیشنهادی در استاندارد ANSI9.8 برای فیلت های گوشه و کناره منجر به شرایط هیدرودینامیکی بهتری نسبت به فیلت های بزرگتر می شوند. در فیلت های گوشه بزرگتر از مقدار استاندارد، با وجود حذف گردابه های زیر سطحی کناری، ایجاد گردابه های زیر سطحی جدید در پشت لوله باعث پیچیده تر شدن ساختار جریان در داخل لوله مکشی و در نتیجه افزایش مقدار گردش در صفحات مختلف عرضی می شود. گردابه های سطحی باعث ایجاد نوسانات فرکانس پایین در دبی ورودی به پمپ شده و استفاده از دیواره پرده ای باعث کنترل گردابه های سطحی و حذف نوسانات فرکانس پایین و دامنه بلند در دبی ورودی به پمپ می شود. بر اساس مطالعه پارامتریک، فاصله بهینه دیواره پرده ای از لوله مکشی 1/2 برابر قطر لوله تعیین شد. در انتها هندسه جدیدی در این پایان نامه برای حوضچه های آبگیر پمپ پیشنهاد شده است که قادر به حذف تمامی گردابه های سطحی و زیر سطحی می باشد
Supervisor:
SupervisorE-mail
Safarzadeh, AkbarUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
-, -UNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 29 Oct 2018 18:25
Last Modified: 29 Oct 2018 18:25
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/1462

Actions (login required)

View Item View Item