Monijaksopumpun transientti laskenta

Abstract

Tässä työssä tutkittiin monijaksopumpun nostokorkeuksia ja hyötysuhteita eri turbulenssimalleilla. Päätavoitteena oli löytää paras turbulenssimalli siipidiffuusorin virtausten laskentaan. Tähän tarkoitukseen valittiin kirjallisuuskatsauksen perusteella standardi k-ε-, SST k-ω-, SST DES- ja SST SAS-mallit. Tässä tutkimuksessa kahdella viimeisellä mallilla ei ehditty tehdä lopullista kytkettyä laskentaa niiden vaatiman suuren laskentatehon takia. Ne on kuitenkin esitelty työssä ja niillä on tehty laskentaverkkoriippumattomuustarkastelu juoksupyörän osalta. URANS-malleilla tehtiin laskentaverkkoriippumattomuustarkastelu sekä roottorin että staattorin osalta erikseen periodisilla geometrioilla. Lopulliset laskennat tehtiin kokonaiselle pumpun jaksolle täydellä geometrialla osat kytkettynä toisiinsa. Tuloksista kävi ilmi, että k-ε-malli soveltuu käytetyillä diskretointimenetelmillä ja rajapintojen kytkennöillä SST k-ω-mallia paremmin pumpun kokonaisnostokorkeuden laskentaan. Juoksupyörän osalta mallin valinnalla ei ole suurta merkitystä, mutta eroja havaittiin erityisesti diffuusorissa. Mallit antavat samankaltaisia tuloksia pumpun käyttöalueella kuormilla 0,8–1,2, mutta osakuormilla eroja havaittiin. Mittauksiin verrattuna kumpikaan malli ei täysin pystynyt ennustamaan diffuusorin staattista nostokorkeuseroa oikein, vaan oikea tulos löytyy mallien tulosten välistä. SST k-ω-malli havaitsee pyörteet diffuusorissa k-ε-mallia paremmin, mutta yliarvioi ne. k-ε-malli puolestaan ennustaa roottorin ja staattorin välisen rajapinnan painegradientin tarkemmin. Kumpikaan malli ei suoriudu erityisen hyvin osakuormavirtausten laskennasta, mutta yleisesti k-ε-mallin tulokset käytetyillä laskenta-asetuksilla olivat parempia. Tästä syystä k-ε-mallin käyttö on suositeltavaa sen ollessa myös halvempi malli. Jatkotutkimus skaalan ratkaisevalla simuloinnilla on aiheellista tarkempien tulosten saamiseksi.