| 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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