نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

تأثیر زاویه خروجی پره در روش طراحی معکوس پروانه پمپ‌های سانتریفیوژ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشگاه پیام نور - بخش فنی و مهندسی
چکیده
در این پژوهش، تأثیر زاویه خروجی پره بر عملکرد هیدرولیکی پروانه پمپ‌های سانتریفیوژ در چارچوب روش طراحی معکوس مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی از به‌کارگیری این روش، کنترل بارگذاری دینامیکی پره‌ها، کاهش شدت جریان‌های ثانویه، و بهبود یکنواختی توزیع فشار در خروجی پروانه است. در این راستا، با بهره‌گیری از مدل‌سازی مبتنی بر ورتیسیته و اعمال شرط مرزی لغزش غیر لزج، هندسه پره‌ها به‌گونه‌ای طراحی شد که توزیع فشار در خروجی پروانه بهینه گردد. سه مقدار برای زاویه خروجی پره (۰، ۴۵+ و ۴۵– درجه) به‌عنوان شرایط مرزی در فرآیند طراحی لحاظ گردید و عملکرد هیدرولیکی حاصل از هر پیکربندی با استفاده از شبیه‌سازی عددی و مقایسه با داده‌های تجربی ارزیابی شد. نتایج نشان دادند که زاویه خروجی منفی (۴۵– درجه) موجب کاهش گرادیان فشار در راستای مماسی، تضعیف ساختار جریان‌های ثانویه، و افزایش یکنواختی جریان در خروجی پروانه می‌شود. این بهبودهای هیدرولیکی منجر به افزایش راندمان تا ۸٫۵ درصد و افزایش هد پمپ به میزان ۳٫۲ متر در نقطه کاری گردید. یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهند که انتخاب زاویه خروجی مناسب در طراحی معکوس، نقش کلیدی در بهینه‌سازی عملکرد توربوماشین‌ها ایفا می‌کند و می‌تواند به‌عنوان راهکاری مؤثر در طراحی پمپ‌های صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Influence of Blade Outlet Angle on the Inverse Design Method for Centrifugal Pump Impellers

نویسنده English

Abdollah Eskandari
Payame Noor University - Faculty of Engineering
چکیده English

This research explores the impact of blade outlet angle on the inverse design methodology of centrifugal pump impellers, aiming to enhance hydraulic performance through improved flow control and reduced secondary losses. The inverse design approach is employed to regulate blade loading and achieve a more uniform pressure distribution at the impeller outlet, thereby optimizing efficiency and head generation. Blade geometries were generated using vorticity-based modeling combined with inviscid slip boundary conditions to minimize tangential pressure gradients and suppress secondary flow structures. Three outlet angles—0°, +45°, and –45°—were imposed as boundary conditions in the design process. The resulting impeller configurations were evaluated using computational fluid dynamics (CFD) simulations and validated against experimental data. The results demonstrate that a negative outlet angle (–45°) significantly improves flow uniformity, reduces tangential pressure gradients, and weakens secondary vortices, leading to a hydraulic efficiency increase of up to 8.5% and a head rise of approximately 3.2 meters at the design operating point. These findings highlight the critical role of outlet angle selection in inverse blade design and its potential to improve turbomachinery performance. The study provides a robust framework for integrating geometric optimization into pump design strategies, offering practical insights for engineers seeking to enhance energy efficiency and operational reliability in fluid transport systems.

کلیدواژه‌ها English

Inverse Design
Centrifugal Pump
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Secondary Flows
Blade Outlet Angle

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 28 تیر 1405