Riassunto analitico
L’obiettivo della tesi è stato la definizione di una metodologia per la simulazione CFD di pompe centrifughe. La validazione è stata eseguita testando differenti setup modellistici per la simulazione di una pompa centrifuga monostadio per applicazioni automotive e confrontando i risultati numerici con i dati sperimentali disponibili. Quanto ottenuto è stato quindi applicato alla simulazione di una pompa a quattro stadi ad uso industriale. Dopo aver suddiviso il dominio fluido in varie regioni e avendo distinto quelle statiche da quelle rotanti, si è posta particolare attenzione alla generazione della griglia con i seguenti criteri: - Indipendenza dalla griglia di calcolo: la densità e la dimensione degli elementi sono tali da non influenzare i risultati delle simulazioni; - Correttezza della mesh adiacente alla parete: valori di “Wall Y+” compresi tra 30 e 100 per approcci high Reynolds e inferiori a 3 per approcci low Reynolds; - Infittimenti localizzati: raffinamenti sulle zone fluidodinamicamente importanti come la girante, fori e camere di equilibratura. Sono state prese in considerazione quattro mesh: due per il caso monostadio (4,3 milioni di celle per approccio hi-Re e 20 milioni di celle per approccio low-Re) e due per il caso multistadio ( 30 milioni di celle per approccio hi-Re e 57 milioni di celle per approccio low-re). Sono state inoltre interposte delle interfacce all’ingresso e all’uscita della girante per consentire la comunicazione tra le diverse parti del dominio. Come è possibile notare dal numero di elementi dalla griglia, i casi in esame hanno un costo computazionale molto oneroso e per questo è stato possibile simulare solamente alcuni punti delle curve caratteristiche delle suddette pompe. Gli approcci utilizzati per raggiungere il dato sperimentale sono stati i seguenti: hi-Re vs low-Re; modello di turbolenza k-ɛ vs modello di turbolenza k-ω SST (low-Re); solutore “Segregated” vs solutore “Coupled”; interfaccia di tipo “Internal interface” vs “Mixing Plane”, simulazione di tipo stazionario “Moving reference frame”(MRF) vs simulazione di tipo non stazionario “Rigid body motion”(RBM) . Le simulazioni sono eseguite assegnando il valore di portata all’ingresso ed il numero di giri dell’albero (6000 RPM per la poma monostadio e 2900 RPM per la pompa multistadio), ottenendo un valore di prevalenza all’uscita che è stato confrontato con il dato sperimentale. I setup utilizzati nella pompa a singolo stadio (Hi-Re+ MRF+Mixing Plane ; low-re + MRF+ Mixing plane) hanno fornito dei buoni risultati con degli scarti massimi del 7% dal dato sperimentale, mentre l’approccio non stazionario ha dimostrato una tendenza a sovrastimare la prevalenza. Si sono quindi applicati i setup con i migliori risultati della pompa monostadio alla pompa multistadio. In questo caso i risultati più promettenti si sono ottenuti con i seguenti setup: low-Re k-ω SST + MRF + Mixing plane; hi-Re K-ɛ + RBM.
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