Numerical investigation of two-phase flow characteristics in centrifugal pumps

Özellikle petrol ve gaz endüstrisindeki önemli uygulamaları nedeniyle iki fazlı pompalama birçok çalışmanın konusu olmuştur. Bu çalışma, 2500 rpm dönüş hızında ve 100000 Pa giriş basıncında, yedi kanatlı bir santrifüj pervane içindeki iki fazlı akışın sayısal bir incelemesini içerir. Simülasyon, akış hızı, gaz hacim fraksiyonu GVF ve gaz hacim fraksiyonunun etkisinin araştırılmasını içerir. Pompa performans eğrilerindeki kabarcık boyutları ve ayrıca pervane boyunca faz dağılımı. Simülasyonda 2,4, 3,1, 3,9 ve 4,6 kg/s'lik dört akış hızı değeri, 0,1, 0,15, 0,2 ve 0,3'lük dört GVF değeri ve 0,1, 0,2, 0,3 ve 0,5 mm'lik dört kabarcık boyutu dikkate alınmıştır. Yönetim denklemi ve türbülans kinetik enerji dağılımı (k - ε) modeli, ANSYS yazılımı kullanılarak çözülür. Sonuçlar, akış hızının arttırılmasının, tek ve iki fazlı işlemlerde pompa yükünde ve hidrolik verimde bir azalmaya yol açtığını, iki fazlı durumda ise performansın azaldığını göstermektedir. GVF ve kabarcık çapının artması, basma yüksekliği ve verimliliği de önemli ölçüde etkiler. GVF'nin 0,1'den 0,3'e arttırılması, basma yüksekliğinin yaklaşık %26 oranında azalmasına ve hidrolik verimliliğin %25'e kadar azalmasına neden olur. Kabarcık boyutunun etkisi ise akış hızına ve kabarcık çapına bağlıdır. Düşük akış hızları için kabarcık çapının arttırılmasıyla pompa performansında önemli bir azalma rapor edilirken, yüksek akış hızları için, özellikle büyük kabarcık boyutlarında yalnızca sınırlı bir etki gözlemlendi. Yüksek GVF ve kabarcık çapları durumunda pervane kanadının giriş üst basınç tarafında gaz cebi oluşumu görselleştirilmiştir.