Symulacje w OpenFOAM i walidacja wyników dla pomp wirowych o swobodnym przepływie z przesłonami

Abstrakt

W niniejszej pracy przedstawiono symulacje numeryczne przepływu (CFD) wykonane w programie OpenFOAM, mające na celu zbadanie zjawisk przepływowych w pompach Super-Vortex – czyli pompach wirowych o swobodnym przepływie, wyposażonych w częściowe pokrywy kanałów wirnika (winglets). Model numeryczny opracowano z wykorzystaniem metody wielu układów odniesienia (MRF) oraz modelu turbulencji Realizable k-ε, który zapewnił najlepszą zgodność z danymi eksperymentalnymi przy zachowaniu rozsądnych rozmiarów siatki obliczeniowej. Przeprowadzono szczegółową analizę czułości siatki w celu określenia optymalnego kompromisu między dokładnością a kosztem obliczeniowym. W zależności od złożoności geometrii siatka obliczeniowa zawierała od 8 do 12 milionów elementów. Symulacje wykazały, że zastosowanie winglets od strony ssawnej łopatek wirnika znacząco ogranicza przeciek międzykanałowy ponad łopatkami, co przyczynia się do poprawy wydajności pompy. W punkcie najlepszej sprawności (BEP) odchylenie od danych eksperymentalnych było szczególnie niskie – poniżej 1% dla podnoszenia oraz około 0,5-1% dla sprawności. Walidacja modelu w pełnym zakresie pracy pompy wykazała średnie odchylenia rzędu 5,8% dla podnoszenia i 8,4% dla sprawności względem wyników pomiarów eksperymentalnych.