Progettazione e simulazione CFD di una girante per un singolo stadio di pompa centrifuga a bassa velocità specifica per applicazione con fluidi viscosi
Creators: name: Battaglia, Alessandro
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: Centrifugal pump
fluid
transport

description: Le pompe centrifughe sono macchine ampiamente utilizzate in molte applicazioni industriali per il trasporto di fluidi, grazie alla loro versatilità e capacità di operare in diverse condizioni di lavoro. Tuttavia, l'efficienza di queste pompe può diminuire significativamente in presenza di fluidi ad alta viscosità o in condizioni operative che richiedono alte prevalenze e basse velocità specifiche. Questo progetto ha l’obiettivo di sviluppare un codice Matlab per dimensionare la girante e la voluta di una pompa centrifuga ottimizzata per il funzionamento con oli viscosi, come l’ISO VG 460, che opera al punto di massima efficienza (BEP) e verificarne le prestazioni attraverso delle simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) stazionarie. In seguito alla generazione della geometria e della griglia computazionale della pompa, sono state eseguite simulazioni variando la portata, per ricavare le curve di prestazione della pompa. Le simulazioni sono state condotte sia per il caso a viscosità costante sia per il caso più realistico che considera il riscaldamento viscoso, fenomeno tipico dei fluidi altamente viscosi. I risultati suggeriscono che il codice di dimensionamento fornisce proprietà geometriche accurate, ma tende a sottostimare l'efficienza globale della pompa. La pompa dimensionata ha raggiunto prevalenze superiori a 200 metri con efficienze che variano, a seconda delle condizioni operative tra il 16.2% e il 20.6%, confermando la capacità della pompa di raggiungere le prestazioni richieste in condizioni operative reali. Le curve di prestazione ottenute sono stabili suggerendo un comportamento affidabile e sicuro. ___ Centrifugal pumps are widely used machines in many industrial fluid transport applications because of their versatility and ability to operate under a variety of operating conditions. However, the efficiency of these pumps can decrease significantly in the presence of highviscosity fluids or under operating conditions that require high heads and low specific speeds. This project aims to develop a Matlab code to size the impeller and volute of a centrifugal pump optimized for operation with viscous oils, such as ISO VG 460, operating at the point of maximum efficiency (BEP) and verify its performance through stationary Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. Following the generation of the computational geometry and grid of the pump, simulations were performed by varying the flow rate to derive the pump performance curves. Simulations were conducted for both the constant viscosity case and the more realistic case that considers viscous heating, a phenomenon typical of highly viscous fluids. The results suggest that the sizing code provides accurate geometric properties but tends to underestimate the overall pump efficiency. The sized pump achieved heads in excess of 200 meters with efficiencies ranging, depending on operating conditions between 16.2% and 20.6%, confirming the pump's ability to achieve the required performance under real operating conditions. The performance curves obtained are stable suggesting reliable and safe behavior.