Studies of the flow of air in a mixed-flow pump using numerical simulations

Abstract

This article presents an investigation of the three-dimensional (3D) turbulent flow through the impeller passages and surroundings of a mixed-flow pump. Rotating passages of turbomachinery contain some very interesting and complex fluid flow phenomena. The model tested has five impeller blades mounted on a conical hub and nine stator blades in a diffuser which brings the diagonally outward flow back to the axial direction. Numerical calculations of the unsteady flow were carried out with the code Fluent, using air as the working fluid. Three models have been applied for turbulence closure: standard k-epsilon, renormalization group kepsilon, and Reynolds stress model, using conventional wall functions near solid surfaces. For this transient 3D computation, the numerical grid has been decomposed into eight separate regions in order to process these in a parallel cluster of desktop computers. The results obtained show entirely reasonable correlations with previously published experimental data, as detailed in the performance curve comparisons and also in the numerical and experimental flow fields. These outcomes confirm that such a complex transient phenomenon may be reasonably captured by means of a commercial computational fluid dynamics code.

Este artículo presenta una investigación del flujo turbulento tridimensional (3D) a través de los pasajes del impeler y los alrededores de una bomba de flujo mixto. Los pasajes giratorios de la turbomáquina contienen algunos fenómenos de flujo muy interesantes y complejos. El modelo probado tiene cinco palas en el impeler montadas en un cubo cónico y nueve palas de estator en un difusor que devuelve el flujo diagonal hacia el exterior en la dirección axial. Los cálculos numéricos del flujo no estacionario se realizaron con el código Fluent, utilizando aire como fluido de trabajo. Se han aplicado tres modelos para el cierre de turbulencia: k-epsilon estándar, grupo de renormalización k-epsilon y modelo de tensión de Reynolds, utilizando condiciones de pared convencionales cerca de las superficies sólidas. Para este cálculo 3D transitorio, la cuadrícula numérica se ha descompuesto en ocho regiones separadas para procesarlas en un grupo paralelo de computadores de escritorio. Los resultados obtenidos muestran correlaciones totalmente razonables con datos experimentales previamente publicados, como se detalla en las comparaciones de curvas de rendimiento y también en los campos de flujo numérico y experimental. Estos resultados confirman que un fenómeno transitorio tan complejo puede estudiarse razonablemente bien por medio de un código de dinámica de fluidos computacional comercial.