Velocity characteristics in a multiphase pump under different tip clearances

机械 叶轮 流线、条纹线和路径线 湍流 湍流动能 雷诺平均Navier-Stokes方程 扩散器(光学) 涡流 叶尖间隙 涡度 入口 材料科学 滑移系数 雷诺数 物理 光学 工程类 机械工程 光源
作者
Guangtai Shi,Zongku Liu,Yexiang Xiao,Helin Li,Xiaobing Liu
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy [SAGE]
卷期号:235 (3): 454-475 被引量:16
标识
DOI:10.1177/0957650920946533
摘要

To investigate the effect of tip clearance on the velocity distribution in a multiphase pump, the internal flow and velocity distribution characteristics in pump under different tip clearances are studied using experimental and numerical methods. Simulations based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS) and the standard k-ε turbulence model are carried out using ANSYS CFX. Under conditions of inlet gas void fraction (IGVF) is 5% at the flow rate of 0.6Q, 0.7Q and 0.8Q (Q is the design flow rate), the accuracy of the numerical method is verified by comparing with the experimental data using high-speed photography. Results show that the leakage flow interacts with the main flow and evolves into the tip leakage vortex (TLV). Due to the TLV, the pressure, velocity, turbulent kinetic energy (TKE), vorticity and streamlines on the S2 stream surface in the impeller and diffuser are changed greatly under different tip clearances. The velocities at the impeller outlet and diffuser inlet along the radial direction are also changed. The axial velocity distribution is similar to the meridional velocity distribution at the impeller blade outlet. While the relative velocity and absolute velocity distribution show the opposite trends. In addition, the vorticity is larger near the tip separated vortex and the hydraulic loss in pump is also increased due to the TLV.

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