The development of lifting pumps that lift minerals to a mining vessel are one of the vital parts of the commercial mining process. The purpose of this study is to investigate internal flow and its effect on the performance of a mixed flow pump in order to improve the pump's performance. Numerical analysis was performed by commercial code of ANSYS CFX-11 based on flow rate and length of flexible hose. The rated rotational speed of the impeller is 1750rpm. For taking into account the turbulence, k-$\omega$ SST model was selected to guarantee more accurate prediction of flow separation. The simulated results are in good agreement with the experimental results and showed that its efficiency and the head of the pump are related mainly to the flow rate and the length of flexible hose. A lesser flow rate caused more secondary flow through the guide vane passage. The length of flexible hose and flow rate exert much more influence on the pump's performance than the shape of the flexible hose.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.1
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pp.31-39
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2009
The flow instability in a low specific speed mixed-flow pump, having a positive slope of head-flow characteristics was investigated. Based on the static pressure measurements, it was found that a rotating stall in the vaned diffuser occurs at about 65% flow rate of best efficiency point (BEP). A dynamic Particle Image Velocimetry (DPIV) measurement and the numerical simulations were conducted in order to investigate the flow fields. As a result, the diffuser rotating stall was simulated even by Computational Fluid Dynamics (CFD) and the calculated periodic flow patterns agree well with the measured ones by DPIV. It is clarified that a periodical large scaled backflow, generated at the leading edge of the suction surface of the diffuser vane, causes the instability. Furthermore, the growth of the strong vortex at the leading edge of the diffuser vane induces the strong backflow from the diffuser outlet to the inlet. The scale of one stall cell is covered over four-passages in total thirteen vane-passages.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.172-178
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2011
This paper presents an optimization procedure for high-efficiency design of a mixed-flow pump. Optimization techniques based on a weighted-average surrogate model are used to optimize a vane diffuser of a mixed-flow pump. Validation of the numerical results is performed through experimental data for head, power and efficiency. Three-level full factorial design is used to generate nine design points within the design space. Three-dimensional Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model are discretized by using finite volume approximation and solved on hexahedral grids to evaluate the efficiency as the objective function. In order to reduce pressure loss in the vane diffuser, two variables defining the straight vane length ratio and the diffusion area ratio are selected as design variables in the present optimization. As the results of the design optimization, the efficiency at the design flow coefficient is improved by 7.05% and the off-design efficiencies are also improved in comparison with the reference design.
For the improvement of the pump characteristics in the partial capacity range, it must be verified that the influence of the impeller design factor on the internal flows and the influence of the impeller internal flows on the pump characteristics. In this paper, in order to understand the influence of outlet angles on flow conditions and characteristics of a mixed flow pump, experiments were carried out for four kinds of impeller, which have the same inlet angle distributions and meridional section shapes. Results shown that separation and stall in the partial capacity range were enlarged by the outlet angles. The relationship between the separation and the stall at the impeller and the discharge flow conditions were clarified.
Kim, Young-Ju;Kim, Young-Hun;Woo, Nam-Sub;Kwon, Jae-Ki
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.25
no.5
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pp.21-26
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2011
Seawater lift pump systems are responsible for maintaining open canal levels to provide the suction flow of circulating water pumps at the set point. The objective of this paper is to design a 2-stage mixed flow pump (for seawater lifting), investigate the new impeller modeling method, and performance improvements of the impeller by using a commercial CFD code. The rotating speed of the impeller is 1,750 rpm with a flow rate of 2,700 m3/h. A finite volume method with a structured mesh and realized k-${\varepsilon}$ turbulent model is used to guarantee a more accurate prediction of turbulent flow in the pump impeller. The performance variables such as the static head, brake horsepower, and efficiency of the mixed flow pump are compared based on changes in the impeller blade shape.
This paper presents three-dimensional flow analysis for a mixed-flow pump which consists of a rotor and a stator. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with shear stress transport turbulence model are discretized by finite volume approximations and solved by the commercial CFD code CFX 11.0. Structured grid system is constructed in the computational domain, which has O-type grids near the blade surfaces and H-type grids in other regions. Validation of the numerical results was performed with experimental data for head coefficients and hydraulic efficiencies at different flow coefficients. This paper shows that the pump characteristics can be predicted effectively by numerical analysis.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Kim, Jun-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.14-24
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2011
In this paper, design optimization for mixed-flow pump impellers and diffusers has been studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and DOE (design of experiments). We also discussed how to improve the performance of the mixed-flow pump by designing the impeller and diffuser. Geometric design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffusers. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional shape. First, the design optimization of the defined impeller geometric variables was achieved, and then the flow characteristics were analyzed in the point of incidence angle at the diffuser leading edge for the optimized impeller. Next, design optimizations of the defined diffuser shape variables were performed. The importance of the geometric design variables was analyzed using $2^k$ factorial designs, and the design optimization of the geometric variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head and the total efficiency at the design flow rate. Based on the comparison of CFD results between the optimized pump and base design models, the reason for the performance improvement was discussed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.2
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pp.153-160
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2018
In order to develop the driving pump for High-speed Cavitation Tunnel(HCT) which can experiment the super-cavitating submerged body, KRISO decided on the pump specification, designed the mixed-flow pump on the basis of the existing pump data and predicted the performance of the design pump using commercial CFD code (CFX-10). After the manufacture and installation of the driving pump, KRISO conducted the trial-test for HCT, analyzed the pump performance and compared trial-test results to those of design stage. The trial-test items for the HCT driving pump are measurements of output current/voltage at the inverter of the driving pump and the flow velocity in the HCT test section. The trial-test results showed the decrease in the flow rate of about 4.6% and the increase in pump head of about 8%, compared with those of the pump prediction. After the trial-test, the performance of the driving pump is predicted using CFX-10 with measured flowrates and pump rotational velocities. Though there is some difference between trial-test and prediction results due to inadequate motor data, it is thought that the tendency is reasonable. It is found that CFX-10 is useful to predict a mixed-flow pump.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.6
no.4
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pp.200-205
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2013
In order to investigate the characteristics of unsteady flow in a mixed flow pump guide vane under the small flow conditions, several indicator points in a mixed flow pump guide vane was set, the three-dimensional unsteady turbulence numerical value of the mixed flow pump which is in the whole flow field will be calculated by means of the large eddy simulation (LES), sub-grid scale model and sliding mesh technology. The experimental results suggest that the large eddy simulation can estimate the positive slope characteristic of head & capacity curve. And the calculation results show that the pressure fluctuation coefficients of the middle section in guide vane inlet will decrease firstly and then increase. In guide vane outlet, the pressure fluctuation coefficients of section will be approximately axially symmetrical distribution. The pressure fluctuation minimum of section in guide vane inlet is above the middle location of the guide vane suction surface, and the pressure fluctuation minimum of section in which located the middle and outlet of guide vane. When it is under the small flow operating condition, the eddy scale of guide vane is larger, and the pressure fluctuation of the channel in guide vane being cyclical fluctuations obviously which leads to the area of eddy expanding to the whole channel from the suction side. The middle of the guide vane suction surface of the minimum amplitude pressure fluctuation to which the vortex core of eddy scale whose direction of fluid's rotation is the same to impeller in the guide vane adhere.
At present, in the case of pump fast optimization, there is a problem of rapid, accurate and effective prediction of cavitation performance. In "A Cavitation Performance Prediction Method for Pumps PART1-Proposal and Feasibility" [1], a new cavitation performance prediction method is proposed, and the feasibility of this method is demonstrated in combination with experiments of a mixed flow pump. However, whether this method is applicable to vane pumps with different specific speeds and whether the prediction results of this method are accurate is still worthy of further study. Combined with the experimental results, the research evaluates the sensitivity and accuracy at different flow rates. For a certain operating condition, the method has better sensitivity to different flow rates. This is suitable for multi-parameter multi-objective optimization of pump impeller. For the test mixed flow pump, the method is more accurate when the area ratios are 13.718% and 13.826%. The cavitation vortex flow is obtained through high-speed camera, and the correlation between cavitation flow structure and cavitation performance is established to provide more scientific support for cavitation performance prediction. The method is not only suitable for cavitation performance prediction of the mixed flow pump, but also can be expanded to cavitation performance prediction of blade type hydraulic machinery, which will solve the problem of rapid prediction of hydraulic machinery cavitation performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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