Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng độ ngập ống hút (H2) đến hoạt động của máy bơm hướng trục qua mô phỏng bằng phần meefm Fluent (Kỳ I) - Đinh ANh Tuấn

* KHoA Hec cONc NGHT * xEr euA NGHIEN c[/u AN!-t ntroruc oQ r,rcAp ONG HUT(h2) sEr,r Hgar D9NG cuA wrAy eoui nuclr,rc TRUc QUA IvIO pnONc eANc pnAru uEm FLUENT 6i r) TS. DrNHlNn ruAN, TS.IHAM vAx tnu, THS. NGUynn Hoxc LoNG,THS.IHAM soNG HUxc Vi(n Bom vd Thi& biThrty Ui T6m tit: Trong khu6n tcna ae tdi "Nghian ctru, t[nh todn, thi€t tce Uuong hilt, be hilt de cdi tao vd ndng cao hiQu qud hoqt clQng cila hQ thiing cdc tram bom via vd t6n" cdc tdc gid dd dp dungphrong phdp mO phdng so ae nghian cru ddng rrong buong htit bctm khi thay aai cic th1ng'sii htilin'h hoc cila bu6ng htit. Trong phqm vi bdi bdo ndy, cdc tdc gid ddnh su quon tdm diin tlrar[ rii qu,o,n treng ld d0 nsqp cila 6ng htit bom. Tir khda: builng hfu, bC hfu, iI\ ng\p 6ng hrtt, h2, th6ng s6 nZ Abstract: Within the framework of topic "Research, measure and design inlet chamber to improve productivity of medium and large pumping stations", reseqrchersapplied methodologt ofdigital simulation to examine flows in inlet chamber in situation of geometric parameters of inlet chamber change' within scope of this poper, researchers would like to pay attention on inundation depth of inlet pipe in inlet chamber as a very important parameter. Keywords: inlet, suction, tank, chomber, pipe, inundation depth, h2. r. DAr vAr.q or Nghi6n criu v€ thty lpc cria bu6ng hrit c6 vai trd quan trgng trong thi6t k6 t6ng th€ tram bcm. C6 nhiAu thdng s6 ann hucrng dtin ch6t luqng thriy lgc cria bu6ng hrit bao g6m cric th6ng s6 cta m6y bom (luu lugng, duong kinh 6ng hrit, duong kinh miQng loa hrit...), c6c th6ng s6 liCn quan d6n b6 tri rn6y bt m (khoing c6ch tu miQng hrit d6n driy bu6ng hrit, khoing c6ch tir miQng hrit di5n mgc nu6c Ui5 trtt min...), c6c th6ng s6 hinh hgc cta bu6ng hrit nhu chiAu rQng bu6ng hrit, chidu cao !u6ng hrit. Bii b5o ndy d6 cqp d6n viQc nghiOn cuu dnh hucrng cria dQ ngdp cria 6ng hrit (kho6ng c6ch tir miQng vdo 6ng hrit d6n muc nudc bu6ng hrit nho nl69 Airng m6 ph6ng s6, m6t c6ng cg nghidn cuu hiru hi€n trong thcri dai hQ th6ng m6y tinh vd phdn m6m tinh to6n ph6t tri6n. Dti d6nh girl kdt qui, cdc tdc gia dC xu6t viCc dua viro c6c ti€u chi d6nh gi6chdtluqng thty lUc cta dong ch6y. ViQc d6nh gi6 dga tr6n k€t qu6 m6 ph6ng, k6t hqp vdi cdc ktit qui nghi€n criu thuc nghi6m cria cdc thc gid khric. 2. NGHTtN CtrIJ TONG QUAN Vs ANH rilI_ oNG CUA DQ NGAP SAU CU,q, MrENG nur nronN CHAT LIIgI{c DONG TRONG BUONG HUT 2.1. Yai trd cria h2 vir v6n tld xo6y mIt thodng hz ld khoing c6ch tt m{t thoang d6n mi€ng vio cira born (Hinh l), t4m goi ld d6 ngAp cria 6ng hrit. KhoAng crich ndy r6t quan trong vi dnh hu&ng dt5n sg t4o thdnh xoiiy xu6t ph6t ttr m4t thoring o l6i vAo cira born. Khi vdo 6ng hrit cria b<rm, xo6y m4t thoang c6 th6 mang theo bgt khi ldm phrit sinh tAi m6t c6n bing l6n crinh b6nh TAP CHITAINGUYEN NUdC S6I-ZOII * KHoA Hec cOxc NGHE * cdng t6c bom. do v4y sinh dao dQng c6 chu ki', giim 6p sudt cpc bQ, c6 th6 xu6t hiQn xdm thlrc khi. Ddi khi lo4i xo6y niry kh6ng mang theo khi viro 6ns hut. Itinh 1, So d6 miin tinh todn bu1ng hilt Ta co thd phdn loai xo6y tir mflt tho6ng theo cuong dQ xo6y nhu dO nghf cua Hecker (1984) ftinh 2): - Loai I - Chuydn dQng nhi6u chQm tr€n b6 mat. cuong d0 nh6, trong phamvi m4t tho6ng; - Lo{ 2- C5'u truc xo6y nh6 kh6ng t6c dQng , d6n c6c di€u kien trong vtrng vdo 6ng hrit; - Loai 3- xo6y sgi xu6t hiQn tr6n m[t thoang dugc cu6n toi ldi vio i5ng hrit, nhtmg kh6ng hA mang theo khi; - Loai 4- Xo6y m?nh, d4ng 6ng kh6i, c6 th6 hrit theo c6c vdt liQu vi. v4t th€ n6i trong UC trrit; - Loa 5- \10t xo6y d4ng 6ng kh6i hrit c6c mqt ktri mQt cach gian do4n, vi mang vdo 6ng xo6y; - Lo4i 6- \10t xo6y cucrng d0 mAnh, hft khi li€n tgc tu mdt thoagrg d6n tOi vdo 6ng hft, lam anh huong d6n dong chiy vd c6 th€ ldm gi6m higu suAt cua bcrm. Hai lo4i xoal' dAu co th6 xem lir khdng dnh huong xAu diin dong viro bom, c6c loai xo6y cdn lai d6u co nhimg 1'tiu t6 co the t6c dQng nguy hi6m d€n ho4t dQng cua bom, n6n cAn tr6nh. Nguy6n nhdn cria viqc hinh th6nh xo6y tr€n mflt thoang dugc nhi6u thc gi| kh6c nhau phAn tich. Theo F. Suerich-Gulick et al (2006), Quick (1962) lorp bi6n d thenh Ue nrit vi bu6ng hft 6nh hu&ng m?nh dtin viQc hinh thenh xo6y tr6n m[t thoang. Cudng d0 cua xoSy m{t tho6ng, ngay trong trulng hqp n6 htit theo khi, phg thuQc vdo vi tri d4t 6ng trong bu6ng hrit, vi duong nhi6n php thuQc vdo dQ ng4P cua i5ng. Khi tdng i.2 c6 thC ldm gidm xo6Y mflt tho6ng. Tuy nhi6n c6 nhirng truong hqp tdng h2 nhung l4i lim tdng sg t4o xo6y bA mat do dflc tinh kh6ng dimg ctra dong chAY. Subrrlt Yar.Fftfloahldrhr|6l $t!|sffi!dr$r*l vrBf*f *traltF a,d. ttac'rE hdai Cdraf|tfr$ l'aridr., glfr griir IIinh 2. Phdn loqi xody mfit thodng theo Alden Research LaboratorY ( I 984) Xo6y m{t tho6ng phu thuQc 16r nhi6u veo dic tinh cua dong ch6y vd tinh 6n dinh cta ddng, vd d{c biet la phg thuQc vdo sl5 Fr cria dong vio. Chinh vi nhirng lf do trOn mi viQc x6c dinh mQt gi6 tri h2 tOi ttri€u th6a mdn tti6u kiQn kh6ng tAo xo6y m{t tho6ng khdng phii don giin. Hon nfia, trong nhi6u trudng hqp cdn co nhfrng biQn ph6p b6 sung d€ cAi thiqn diAu kiqn dong chiy o l6i vao bom nhim giim su hinh thSnh xo6y khi bom v4n hinh o v6i d0 ngip thuc t6. TAP CHTTAI NGUYEN NUdC SO 1-201 7 E A^ * KHOA HQC CONG NGHE * lj, qua phdn tich thu nguy6n, thi PTNTL My da chimg minh duoc ring h2 phg thuQc sO f. gien riquan d€n lru luong vir ducrng kinh 6ng hft), va chinh vi r'61' c6ng thric h2lD:(l+2.3Fr), voi Fr:.','(gD)t't. 2i DQc didm ctra c6c hQ th6ng bu6ng hrit thWc te le kich thuoc rAt l6n, do v4y Re s€ r6t ton. Theo ly thu1.€t co bin cria Co hgc ch6t l6ng thi trong truong hqp ndy dong chdy sE hoirn todn r6i r a do r dv dnh huong cria s6 Re nho kh6ng 1: oang f.e. Lua chon phuong 6n nghiCn ci?u 1/ V6i mgc ti6u rd so6t l4i c6c c6ng thric tfnh ^c6c th6ng s6 tr4m bom sri dgng chinh th6ng trong c6c co sd nghiOn cr?u vd thiilt ttit - 56 tay K! thuflt thtry lqi h2lD:(0.6-0.8), nh6m dA tdi sC chgn cilc gi6 tri hz tinh toan ki6m nghi€mtrong khoang cdc giittri tr6n: hzlD: 0,7 4, vd 1,2. 2lDarlhgi6 k6t luirn s€ ducy. c ktit hqrp voi cdc ktit qua thgc nghiem vd tinh to6n ctra circtirc gii kh6c. 3. NGHIEN CI.ru TU6 PTTONG SO Md hinh tinh bii to6n dong trong buting hft bom dugc trinh bdy trong hinh l, voi c6c kich thu6c co bdn cho trong bdng2, D:1,35m. Bing 2. c6c trudng hgp tfnh torin Truong hon hr (m) hr/D hz (m) hz/D Btt (m) Br'/D G (m) G/D Lmin (m) LrinD Z^in (m) 0,45 v3 1,0 0,74 4,05 3,0 1,0 0.74 6.5 4.8 r,45 2 0,45 lt3 1,62 1.2 4.05 J.U 1.0 0,74 6,5 4,8 1,675 3.1. MO hinh hinh hgc ,xTrong phAn tinh todn md phong dong trong bu6ng hrit bcnn Q:6000m'/h c6c kich thu6c hinh hoc co ban dugc x6c dinh theo khuytin ciio cua 56 tay thitit tti ffuiy lqi. DC dAm bio dong vdo 6n dinh tru6c khi vdo bu6ng hrit, dti ddm b6o d0 chinh x6c tinh to6n, chi€u dii pnan t6nfr hft trudc i .r ^do dugc lay th€m 5m, bdng khoang 4 ldn duong kinh vdo 6ng hrit. FIinh 2. Cac kich thvoc hinh hoc bu6ng hilt md phong ddng cho rnrdng hqp 1, ltru luqng O:6000m3 h IIinh 3. Cdc kfch thudc hinh hpc bu6ng htit m6 phdng ddng cho TH2, Q:6000m3/h 3.2. Chia luoi Vi: nguy€n tAc miAn tinh toan cirng dugc chia min thi k6t qua tinh toan nhQn duo. c cd.ng chinh xdc, tuy nhi6n, viQc d6 d6ng nglria voi viQc dung lugng tinh toan ting theo, cA vO b0 nh6 m6y tinh ffin thdi gian tinh toiin, vi viQc ndy ddi hdi dAu tu lon hon ve mi6t bi, thdi gian, vd do vfy ldm tnng gi6 thanh nghidn cr?u. Vi vay cdn lga chgn sO lugng phan tu luoi vira dir cho k6t qua tinh toan hqp ly, mi v6n dam b6o gi6 thanh nghi6n ctnr tong vung cho phdp. Nh6m MPS da tham kh6o cdc nghidn cuu IO TAP CHf TAI NGUYEN NUdC S. i-2017 * KHOA HQC CONC NGHE * cta c6c titc giittrong c6c nh6m nghi€n cr?u vd dong nong bu6ng hrit trdn th6 gioi, vd thuc hi€n c6c tinh toan ki€m nghiQm cho bai toiin cira minh d6 chon sO phan tu lucyi chia phu hgp. Trong cdc tinh toiin cria nh6m, miAn nghidn cuu duo. c chia ldm 3 lung: vung b6 htt, virng bu6ng hfit vd r,ung bcnn. Do bi6n d6i cria dong chdy trong rung budng hrit vd born ld nhidu n6n luoi duoc chia min hon trong c6c r.ung ndy. Trong bdi to6n m6 phong ndy, todur mi6n tinh todn duoc chia ldm 3 wng nho: rung (1) phan kCnh hrit, vung (2) bu6ng hrit vd vung (3) 6ng hrit. PhAn tir lu6i duoc lua chon li lo4i cAu truc, v6i s6 lugng cp th6 tong timg ving nhu sau: vung (l) Ue nrit duoc chia thanh 454.272(267 288) phAn tu lu6i, vung bu6ng hft (2) duoc chia thanh 2.761.620 (1 540 416) phAn tu vd vr)ng bcrm (3) duoc chia thdnh 749.064 (353 736) phAn tu ludi. T6ng cQng todn midn tfnh duoc chia thdnh 3.964.956 (2.161440) phAn tri luoi. Ilinh 4. Chia ludi theo cdc miin 33. Didu kiQn bi6n n'lDreu krQn bien 6p dung cho c6c ving trong todn midn tinh dugc th6 hien tr6n hinh 3, gdm : - O l6i vdo miAn tinh: dirng diAu kipn bi6n ltru lugng khdi d l6i vdo. Luu luqng Q:6000m31h:1,666m3/s, tuong duong vdi luu luqng tlOi tOO:tgfs. - O l6i ra miAn tinh: dtrng di6u ki6n bi6n v4n .A . ,:,toc o lOi ra. Ap dqng di6u kiQn bAo todn luu lugng, khi gi6 thit5t ring kh6ng c6 su birin dang cria mdt tho6ng. Khi d6 vfn t6c ra o mdt cat 6ng bom ld v:2.2645m/s. - Tai virng bu6ng hrit: di6u kiQn bi6n thenh ,an il = 0 trdn thanh ngdn giira ciic bcrm vd sau born. O phAn kh6ng c6 thinh ran ap dgng di6u ki6n bi€n dOi xtmg. - Tr€n mdt tho ne ap dturg di6u kiQn bi6n d6i xtmg. #, IIinh 5. Diiu kiQn biAn ftong t*ng miin nh6 trong todn miin tlnh todn 3.4. Lr;a chgn m{t cit tdy k6t qui theo ti6u chi tl6nh gi6 ViQc lua chon c6c m[t c6t trong midn dong chdy dd xu6t tctlt qui d6nh gii ctrc th6ng s6 thriy luc duoc thuc hiQn dua trdn ddc tnmg vft lf cria dong. Ngodi ra, nh6m MPS cdn tham kh6o crlc tdi liQu nghi6n cr?u khoa hgc dd dugc c6ng b6 vA vi tri c6c m{t cdt niry. Tr6n co sd c6c ti€u chi duqc de ra, c6c phdn tich, so siffi s€ dga tr€n c6c ktlt qud sau: 1/ Trucng vQn t6c trong k6nh vd bu6ng hrit dti so s6nh ve A9 d6ng ddu v4n tdc m{t tho6ng; quan s6t duong dong tr€n m{t thoring so s6nh xu huong hinh thanh xo6y m{t tho6ng; 2/ Ducrng ddng vd mat ddng cuong dQ xoriy d6 so siinhvd xo6y tu hai thanh b€rr, thanh sau vi d6y; 3/ Cucrng dQ xo6y theo phuong z trong ving gita d6y vd born Ae eann gi6 vd gi6 tri 6p sudt nh6 nh6t, m6t trong nhtng nguy€n nhdn t4o bgt khi tru6c khi vdo bom: TAP CHITAINGUYEN NUdC S6 I-ZOi 7 11 * KHOA HQC COXC NGHE * Ilinh 6.vi tr[ cdc mdt cdt xuil kAt qud ddnh gid A: vi tri tlnh NPSH, B: c*a vdo ting hilt, C: vi tri - J. mat cat ti|u chi 3, D: vi trl mdt cdt tiAu chi 4, E: vi tr[ mfit cat ffiu chf 5. 4/ G6c xoin cria ddng o tru6c l6i vio cta t , , -orbom theo khuy€n ciio cira HI 0:5-7o,lon nhdt ld 10o. r'oi g6c 0 dugc x6c dfnh theo c6ng thric: mdn:. /u,\0=tan-Lt-l:lJlv-rv'r \ u /-\,r-l Trong d6 u: \'dn tdc doc tryc trung binh d:D' : Duong kinh 6ng n: so vong quay - i .A aul: \an toc tlep tuyen ur:\'dn tdc theo phuong z 5/ D9 kh6ng d6ng d6u phdn b6 van tdc l6i .; vdo dng hirt, so srlnh vdi ti6u chi cia HI ld d0 kh6ng ddng d0u vfln t6c ndy phii <l0o/o. 6/ NPSH s l6i veo cria bcrm dC d6nh ei6 khi ning chdng xAm thqc cira bom. Vi tri c6c m{t cht ny ktit qud so siinh dugc th€ hien u€n hinh 6. Velocity magnitude ( m/s) - 2.50 t 2.25 ,ti z.m 1.50 t.z ) ' i 1.0O 0.75 tlii$k 0.s0KI 0.2sI 0.00 4. KEr QUA 4.1. HQi tg cria crflc d4i luqng tinh toin TrOn hinh 6 trinh bey kiit qu6 hQi tp cria qu6 trinh tinh c6c th6ng si5 ctra ddng chdy, g6m bio toirn luu lugng, vfln t6c theo cilc phuong vi c6c A,thdng s6 xody. Tuy c6c gi6 tri tinh khdng hQi tu vA mQt gi6 tri, nhung khoing bii5n thi€n cria c6c gi6 tri tinh toan trong khoing l0-5 di5n l0-3, .^ trong khodng sai s6 ch6p nh4n duqc. 56 lAn lflp thri nghiQm i20000 lAn, tuong duong voi 600s -,,. 1^. vat ly. Vdi ket quA ndy, ta thdy c6 th6 ldy k6t qui o thoi di€m 300s vflt lf dO phdn tich. le+0O 1+o1 1c-O2 1+O3 1+04 1+O5 1FO6 'le-07 0 20@0 40000 60000 80@0 100@0 1 IIinh 7. H1i tu cila cdc dqi luqng tinh todn 4.2. So srinh vd truirng phin b6 v$n t6c vir xu hufng hinh thinh xoiy m{t thoring Truong phan b6 vfln t6c t4i mflt cit nim trCn mdt phdng xoz Velocity magnitude (m/s) - 2.50 :ttq $s -'-- tr: z.oo t.75 t.50 ii:r r'zs -. 1.00 .:'': O.7S *.1Sffi 0.50 I o.2s 0.m (a) hz: l.0m (hzlD=0,74) (b) hz :1.62 m (h2lD:1,2) Ilinh 8. Trudng phdn bii vdn tiic tqt m(t cdt d giiia bom 12 TAP CHITAI NGUYEN NUdC 56 1-2017 * KHoA Hec c0Nc NGHp * Trdn hinh 8 trinh bdy bitin ttOi cria modul vfn t6c trong bu6ng hrit vd 6ng bom tr6n m{t phing dOi xung xoz. K6t quA cho thdy dS d6ng d€u van t6c trong 6ng bcm t6t hon trong trulng hqp (b) V€locity magnitude (m,/s) ^,^ F zlP--it; ss-" , 'fl o.r, it ; F,i-F ::: ' 'b,&r. ,.i,:-, (a) hz: 1.0m (h2lD:0,74) so voi trudng hqp (a) tr6n m{t c6t ndy k6 cd o l6n c4n l6i veo 6ng vd trong dudrng 6ng. Trwdng philn b6 vQn t6c ei mgt thodng velocity magnitude (m/s) lo' s;--- o28 o.24 i::: :. o.r: bo.* ro.gI os ',',1.i:r:':r:ii ': 'FsS Li u_ __"_i (b) hz : 1.62 m (h2/D:1,2) IIinh 9. Trudng phdn bii vqn t6c Ui mdt thodng Bi0u di6n cac duong itdng modul van t6c t6n tinh d6i xring vd v4n t6c trdn m6t tho6ng. m4t thor{ng dugc tinh bay tOn hinh 9 cho hai trtrong hqp (a) ve (b). MQt crich tdng quaq hinh dnh dong ch6y dugc phan 6nh kh6 tuong rl6ng cho hai truong hgp nay: d vung xa 6ng hrit dong kh.i dCq voi gi6 d van tOc nr:ong hSp (a) l<m hon trong tuong hqp (b). DiAu nay hqp ly vi ti6t diQn chiy cu,a tuong hqp O) lon hon do 6ng hit dAt cao hon, titlt diQn ch6y lon hon n6n vfn t6c nh6 hon. D6 quan s6t rd hon v4n t6c d vtrng bi€n dOi nhi€u ld vtrng s6t 6ng hirt, c6c mdt trich d c6c vf tri kh6c nhau dugc lga chgn, ta nh4n th6y: 1- Tei vi trf dong viro truc diQn vdi 6ng hrit, vfn t6c dAu <14t gi6 tri nh6 nh6t vd l6n ddn phfa ngodi vi tri ndy. DiAu ndy hoin todn hqp lf ve m4t v4t l;f, vd ta t4m tt4t t6n ld di6m drmg v4t lf; 2- T6n t4i ving dong quAn d g6c bu6ng hrit; dong quAn d vf trf ndy o truong ho-" (a) ldn hon vd phric tap hon truong hqp (b); 3- Ngodi ditim dtmg v4t l;f, xu6t hiQn mQt s6 vi tri vpn t6o x6p xi (0) trong virng ldn c4n 6ng hrit, nhtmg khdng trung khop giira hai trudng hqp. 56 luqng vi tri ndy trong trudng ho. p (a) nhi€u hon trong trucrng hcr,p (b). Gradient thay d6i v4n tdc cria truong hqp (a) c6 vd l6n hon truong hqp (b). Dong trong trudng hqp (b) bitin dgng it hcrn vd xu6t hiQn (cdn nfta) TAI LIEU THAM KHAO tll C.Lucino, S.Liscia, G.Duro'(2010), "Vortex detection in pump sumps by means of CFD" (2010)XXIV Latin American Congress on Hydraulics, Punta del Este, Uruguay - Paper [2] Okamura T., Kyoji K. and Matsui J. (2007), "CFD Prediction and Model Experiment on Suction Vortices in Pump Sump". Proceedings of the 9th Asian International Conference on Fluid Machinery. Jeju, Korea. t3] Nagahara, T.o Sato T., Okamura T. (2003), "Measurement of the Flow around the Submerged Vortex Cavitation in a Pump Intake by Means of PIV", Fifth International Symposium on Cavitation. Osaka. Japan. P l-7. [a]Abir Issa (2009): Etudes hydrauliques de I'influence des geometries des bassins sur I'alimentation des pompes. Engineering Sciences. Arts et Metiers ParisTech. 2009... Ngttdi phdn bi€n: TS. TrAn Vtn Cdng Phdn bi€n xong: 15-12-2016 raP cHfrAt NGUYeN ruudC S6 I -