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Título: Simulação numérica das curvas características de altura manométrica, rendimento e NPSH de bombas centrífugas
Autor(es): Nunes, Gabriela de Godoi Saldanha
Orientador(es): Goulart, Jhon Nero Vaz
Assunto: Simulação (Computadores)
Escoamento
Turbinas hidráulicas
Energia
Data de apresentação: 9-Out-2020
Data de publicação: 3-Set-2021
Referência: NUNES, Gabriela de Godoi Saldanha. Simulação numérica das curvas características de altura manométrica, rendimento e NPSH de bombas centrífugas. 2020. 84 f., il. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Energia)—Universidade de Brasília, Brasília, 2020.
Resumo: Neste trabalho são realizadas simulações numéricas das curvas características de duas bombas centrífugas. Para tanto, software Ansys CFX foi utilizado. Em ambos os domínios computacionais simulações utilizando escoamento monofásico e bifásico foram realizadas. O principal objetivo do trabalho foi simular as curvas de projeto e NPSH de ambas as máquinas, bem como, observar a influência do aumento da velocidade de rotação na incidência do fenômeno de cavitação. Em ambas as simulações o modelo de turbulência utilizado foi o modelo k-ω SST e a discretização matemática do problema foi feita com base no método dos volumes finitos - MVF. As simulações monofásicas foram realizadas para ambas as máquinas em diferentes rotações variando de 1250 rpm até 4500 rpm. Nas simulações das curvas de altura manométrica e rendimento utilizou-se como condições de contorno a imposição de fluxo mássico na entrada da máquina e prescrição de velocidade relativa nula nas paredes do domínio. Na simulação bifásica, foram utilizados como fluidos de trabalho, água em seu estado líquido e de vapor, com título na entrada de 100% e 0% respectivamente. Nessas o fluxo mássico imposto na entrada da máquina foi aquele considerado ótimo na simulação monofásica. As simulações monofásicas mostraram que as curvas de projeto têm decrescimento com o aumento da vazão imposta na entrada da máquina, tal como esperado pela literatura. Possuem pontos ótimos de projeto (Qprojeto, Hprojeto), que se deslocam de forma proporcional com o aumento da velocidade de rotação do rotor. Quanto às simulações bifásica, essas mostraram que existe um ponto de onde percebe-se o contínuo decaimento do rendimento da máquina com a diminuição da energia disponível na entrada da mesma (NPSHdisponível). Esse ponto é delimitado por uma quantidade de energia chamada NPSHcrítico, que delimita a queda de 3% no rendimento da máquina e o início do processo de formação de vapor no interior da máquina. Tentativas de relacionar a energia crítica (NPSHcrítico) com as características fundamentais da máquina foram feitas para ambos os domínios computacionais. Apesar de um certo espalhamento dos dados, as soluções propostas atenderam a predição do valor da energia crítica como função do número de rotações específica de cada máquina.
Abstract: In this work, numerical simulations are performed on the characteristic curves of two centrifugal pumps. For this, Ansys CFX software was used. In both computational domains, simulations using single-phase and two-phase flow were performed. The main objective of the work was to simulate the design and NPSH curves of both machines, as well as to observe the influence of the increase in the rotation speed on the incidence of the cavitation phenomenon. In both simulations the turbulence model used was the k-ω SST model and the mathematical discretization of the problem was based on the finite volume method - MVF. Single-phase simulations were performed for both machines at different speeds ranging from 1250 rpm to 4500 rpm. In the simulations of the head and yield curves, the imposition of mass flow at the entrance of the machine and prescription of zero relative speed on the domain walls were used as boundary conditions. In the biphasic simulation, water in its liquid and vapor state were used as working fluids, with a 100% and 0% inlet title, respectively. In these, the mass flow imposed at the entrance of the machine was the one considered excellent in the single-phase simulation. The single-phase simulations showed that the design curves decrease with the increase in the flow imposed on the machine entrance, as expected by the literature. They have optimal design points (Qproject, Hproject), which moves proportionally with the increase in the rotor rotation speed. As for the biphasic simulations, these showed that there is a point from which one can perceive the continuous decay of the machine's performance with the decrease of the available energy at the entrance of the same (NPSHavailable). This point is delimited by an amount of energy called critical NPSH, which limits the 3% drop in the machine's performance and the beginning of the steam formation process inside the machine. Attempts to relate the critical energy (NPSHcritical) with the fundamental characteristics of the machine were made for both computational domains. Despite a certain spread of the data, the proposed solutions met the prediction of the critical energy value as a function of the specific speed of each machine.
Informações adicionais: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia de Energia, 2020.
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