Studie vírové struktury vznikající ve výstupním potrubí čerpadla pracujícím v turbínovém chodu

Abstract

Tato práce se zabývá analýzou vírových struktur vznikajících ve výstupním potrubí odstředivého čerpadla provozovaného v turbínovém režimu. Cílem je pochopit dynamiku těchto struktur, identifikovat jejich vznik za různých provozních podmínek a posoudit jejich vliv na provoz zařízení. Teoretická část se věnuje charakteristice odstředivých čerpadel a principům jejich provozu v turbínovém režimu se zaměřením na podmínky vzniku vírových struktur a jejich důsledků. Experiment probíhal na čerpadle ISH Beta 12 YC, přičemž vizualizace vírové struktury byla realizována vysokorychlostní kamerou a zpracována v prostředí MATLAB. Numerická část využívá modely turbulence SST a SBES v prostředí Ansys CFX, přičemž SBES byl použit pro detailní simulaci vírových struktur ve výstupním potrubí. Výpočetní doména byla diskretizována s důrazem na oblast výstupního potrubí, kde dochází k vývoji vírové struktury. Výsledky ukazují výraznou závislost rozměrů vírové struktury na otáčkách oběžného kola. Práce přispívá k detailnějšímu pochopení vířivých struktur a může sloužit jako základ pro navazující analýzy.

This thesis focuses on the analysis of vortex structures formed in the discharge pipe of a centrifugal pump operating in turbine mode. The aim is to understand the dynamics of these structures, identify their formation under various operating conditions, and assess their impact on the performance of the equipment. The theoretical part addresses the characteristics of centrifugal pumps and the principles of their operation in turbine mode, with an emphasis on the conditions leading to vortex formation and their consequences. The experiment was conducted on an ISH Beta 12 YC pump, with vortex structure visualization performed using a high-speed camera and processed in MATLAB. The numerical part employs the SST and SBES turbulence models in the Ansys CFX module, with SBES used for detailed simulation of vortex structures in the discharge pipe. The computational domain was meshed, with a focus on the discharge area where the vortex structure develops. The results show a significant dependence of the vortex structure dimensions on the impeller rotational speed. This work contributes to a deeper understanding of vortex structures and may serve as a basis for further analysis.