다단 원심펌프 리턴채널의 유동 특성 및 손실에 대한 수치 해석 연구
Numerical Study on the Flow Characteristics and Hydraulic Loss at Return Channel of Multi-stage Centrifugal Pump
- 주제(키워드) Return Channel , Centrifugal pump , Pressure head , Pump efficiency , CFD , 리턴 채널 , 원심 펌프 , 수두 , 펌프 효율 , 전산유체역학
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 허남건
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000060029
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
외부로부터 동력을 받아 기계적 에너지를 유체의 운동에너지로 변환하는 유체기계인 원심펌프는 산업 현장이나 주거지에서 가장 많이 쓰인다. 특히 다단 원심펌프의 경우 높은 압력으로 유체를 이송시켜야 할 때 사용된다. 본 연구에서는 수치해석을 이용한 입형 원심 다단펌프의 리턴채널의 유동특성 및 손실에 대해 설명한다. 수치해석은 상용코드인 STAR-CCM+를 사용하여 펌프 내부의 3차원 정상상태 난류유동에 대해 분석했다. 수치해석의 타당성을 검증하기 위해 기존 모델에 대한 수치해석 결과와 실험값을 비교했다. 리턴채널 설계 변수로는 날개의 유입각(β1), 토출각(β2) 및 곡선 형상으로 정하여 각각의 유동장 및 펌프 효율에 미치는 영향에 대해 연구했다. 유입각과 토출각에 대한 영향 분석 시 날개 곡선은 일반적으로 사용되는 1원호법을 이용했다. 수치해석 결과 날개의 유입각은 14.4˚ 일 때 가장 성능이 좋았으며 토출각은 리턴채널 출구에서의 유동 각도를 고려하여 설계해야 한다. 해석 펌프 모델의 경우 리턴채널 출구에서의 유동각이 약 140˚일 때 성능이 가장 좋은 것으로 예측됐다. 마지막으로 리턴채널 내부의 유동 재순환 현상을 줄이기 위한 날개 곡선 설계를 통해 기존 모델 대비 양정과 효율이 약 2%의 상승했으며, 6단 모델로 확장시켰을 경우 양정은 약 2.5%, 효율은 3.5%의 증가를 기대할 수 있었다.
more초록/요약
Centrifugal pumps which are the widespread applications in various industrial fields are used to transport fluids by the conversion of rotational kinetic energy to the hydrodynamic energy of the fluid flow. Especially, multi-stage centrifugal pumps are used to transport a fluid with high pressure. This paper aims at numerical study on the flow characteristics and hydraulic loss at return channel of multi-stage centrifugal pump. Computational fluid dynamics (CFD) analyses are performed for the 3D turbulent flow by using commercial software STAR-CCM+. In order to evaluate the verification of the simulations, head (H) and pump efficiency (η) are compared the present simulation with the experimental results. For the improvement of pump performance, β1, β2, and blade curve are chosen to design variable of return channel. Simple arc method is adopted to draw a blade curve during investigation of β1 and β2, angle. The results reveal that case of β1 angle at 14.4˚ shows best performance, and outlet flow angles around 140˚ resulting in higher pump performance. It is concluded that the return channels with the smooth curvatures with β1 angle at 14.4˚ and outlet flow angles around 140o show 2% of performance improvements. The simulations of the full-stage pump show that modified model generated about 2.5% and 3.5% higher head and efficiency than baseline model respectively.
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