Exploraciones del Campo de Flujo en un Rotor de Bomba de Capa Límite para Mejorar los Códigos de Diseño 1D
Autores: Freschi, Rosa; Bakogianni, Agapi; Rajendran, David John; Palma, Eduardo Anselmi; Talluri, Lorenzo; Roumeliotis, Ioannis
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Exploraciones del Campo de Flujo en un Rotor de Bomba de Capa Límite para Mejorar los Códigos de Diseño 1D
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Bombas de capa límite
Modelos analíticos
Código de diseño
Componente del rotor
Rendimiento de la bomba
Datos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
Las bombas de capa límite, aunque atractivas debido a su compacidad, robustez y capacidad para manejar múltiples fluidos y fases, han sido reportadas con bajas eficiencias experimentales a pesar de las predicciones optimistas de los modelos analíticos. Se describe un modelo analítico basado en la física del flujo de orden inferior que puede utilizarse como un código de diseño 1D para dimensionar y predecir el rendimiento de la bomba. El componente del rotor se modela mediante las ecuaciones de Navier-Stokes simplificadas utilizando perfiles de velocidad en el espacio entre discos, mientras que la voluta se modela utilizando coeficientes basados en la energía cinética inspirados en bombas centrífugas. El código puede predecir la relación de presión en la salida del rotor y la relación de presión general de la bomba con un error promedio de alrededor del 3% y 10%, respectivamente, en comparación con los datos experimentales de referencia para una bomba de agua. Además, se llevan a cabo exploraciones del campo de flujo 3D RANS del rotor para diferentes espacios entre discos para proporcionar información sobre la mejora del código de diseño 1D para una mejor predicción del rendimiento general de la bomba. Se sugieren mejoras en la modelización de pérdidas en la voluta a través de la inclusión de propiedades de flujo realistas en la salida del rotor en lugar de la resolución detallada de los perfiles de velocidad dentro del rotor como pautas para predicciones mejoradas. Tales códigos de diseño mejorados podrían cerrar la brecha entre las predicciones y los valores experimentales, allanando así el camino para el dimensionamiento adecuado de las bombas de capa límite para varias aplicaciones, incluida la gestión térmica de aeronaves.
Descripción
Las bombas de capa límite, aunque atractivas debido a su compacidad, robustez y capacidad para manejar múltiples fluidos y fases, han sido reportadas con bajas eficiencias experimentales a pesar de las predicciones optimistas de los modelos analíticos. Se describe un modelo analítico basado en la física del flujo de orden inferior que puede utilizarse como un código de diseño 1D para dimensionar y predecir el rendimiento de la bomba. El componente del rotor se modela mediante las ecuaciones de Navier-Stokes simplificadas utilizando perfiles de velocidad en el espacio entre discos, mientras que la voluta se modela utilizando coeficientes basados en la energía cinética inspirados en bombas centrífugas. El código puede predecir la relación de presión en la salida del rotor y la relación de presión general de la bomba con un error promedio de alrededor del 3% y 10%, respectivamente, en comparación con los datos experimentales de referencia para una bomba de agua. Además, se llevan a cabo exploraciones del campo de flujo 3D RANS del rotor para diferentes espacios entre discos para proporcionar información sobre la mejora del código de diseño 1D para una mejor predicción del rendimiento general de la bomba. Se sugieren mejoras en la modelización de pérdidas en la voluta a través de la inclusión de propiedades de flujo realistas en la salida del rotor en lugar de la resolución detallada de los perfiles de velocidad dentro del rotor como pautas para predicciones mejoradas. Tales códigos de diseño mejorados podrían cerrar la brecha entre las predicciones y los valores experimentales, allanando así el camino para el dimensionamiento adecuado de las bombas de capa límite para varias aplicaciones, incluida la gestión térmica de aeronaves.