Published April 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
Energy dissipation mechanism of a centrifugal pump with entropy generation theory
- 1. Jiangsu University
- 2. University of Education, Winneba
- 3. Kunming University of Science and Technology
Description
From the numerical calculations of a common centrifugal pump, the energy loss characteristics have been investigated by applying entropy generation theory to examine the loss due to the direct, turbulence, and wall friction dissipation rates. The turbulent and wall friction entropy dissipations contribute higher values compared with the direct entropy dissipation rate. The turbulent and wall friction entropy dissipations yielded 54.629% and 44.654%, respectively, at the design flow rate; however, the direct entropy dissipated the least of about 0.716%. This indication proves that these entropy variables affect the irreversible energy losses produced. Meanwhile, the entropy production rate distribution was compared with that pressure fluctuation and vortex characteristics and revealed that the region near the volute tongue interface is associated with high losses at all studied flow rates (0.8Qd, 1.0Qd, and 1.2Qd), especially under part-load conditions. The wall of the volute reveals maximum losses at different time steps at the design point. Furthermore, the trailing edge of the blade records the maximum pressure fluctuation, while the leading-edge records moderate intensities. Most regions in the pressure fluctuation intensity distribution reveal a common tendency with the entropy dissipated; thus, there is a high correlation between entropy production and pressure fluctuation. Moreover, the suction side of the impeller records the maximum entropy coefficient at the leading edge compared to the pressure side under the span view. This indicates that the suction side is also responsible for the high energy loss in the impeller flow passages and corresponds to the flow separation, which leads to vortex patterns recognized close to the hub of the blade. This study widens the assessment of the energy loss and can further contribute to the optimization of the hydraulic structures of centrifugal pumps.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
من الحسابات العددية لمضخة الطرد المركزي الشائعة، تم التحقيق في خصائص فقدان الطاقة من خلال تطبيق نظرية توليد الإنتروبيا لفحص الخسارة بسبب معدلات تبديد الاحتكاك المباشر والاضطراب والجدار. يساهم تبديد إنتروبيا الاحتكاك المضطرب والجداري في قيم أعلى مقارنة بمعدل تبديد الإنتروبيا المباشر. أسفرت تبديدات إنتروبيا الاحتكاك المضطرب والجداري عن 54.629 ٪ و 44.654 ٪، على التوالي، عند معدل تدفق التصميم ؛ ومع ذلك، تبددت الإنتروبيا المباشرة على الأقل بحوالي 0.716 ٪. يثبت هذا المؤشر أن متغيرات الإنتروبيا هذه تؤثر على خسائر الطاقة التي لا رجعة فيها. وفي الوقت نفسه، تمت مقارنة توزيع معدل إنتاج الإنتروبيا مع تذبذب الضغط وخصائص الدوامة وكشفت أن المنطقة القريبة من واجهة اللسان الحلزوني ترتبط بخسائر عالية في جميع معدلات التدفق المدروسة (0.8Qd و 1.0Qd و 1.2Qd)، خاصة في ظل ظروف الحمل الجزئي. يكشف جدار الحلزوني عن أقصى قدر من الخسائر في خطوات زمنية مختلفة عند نقطة التصميم. علاوة على ذلك، تسجل الحافة الخلفية للشفرة أقصى تقلب للضغط، بينما تسجل الحافة الأمامية شدة معتدلة. تكشف معظم المناطق في توزيع شدة تقلب الضغط عن ميل مشترك مع تبدد الانتروبيا ؛ وبالتالي، هناك علاقة عالية بين إنتاج الانتروبيا وتقلب الضغط. علاوة على ذلك، يسجل جانب الشفط من الدفاعة الحد الأقصى لمعامل الإنتروبيا عند الحافة الأمامية مقارنة بجانب الضغط تحت عرض الامتداد. يشير هذا إلى أن جانب الشفط مسؤول أيضًا عن فقدان الطاقة العالي في ممرات تدفق الدفاعة ويتوافق مع فصل التدفق، مما يؤدي إلى التعرف على أنماط دوامة بالقرب من محور الشفرة. توسع هذه الدراسة تقييم فقدان الطاقة ويمكن أن تسهم بشكل أكبر في تحسين الهياكل الهيدروليكية لمضخات الطرد المركزي.Translated Description (French)
À partir des calculs numériques d'une pompe centrifuge commune, les caractéristiques de perte d'énergie ont été étudiées en appliquant la théorie de la génération d'entropie pour examiner la perte due aux taux de dissipation directe, de turbulence et de frottement de la paroi. Les dissipations d'entropie turbulente et de friction de paroi contribuent à des valeurs plus élevées par rapport au taux de dissipation d'entropie directe. Les dissipations d'entropie de friction turbulente et de paroi ont donné 54,629 % et 44,654 %, respectivement, au débit de conception ; cependant, l'entropie directe a dissipé le moins d'environ 0,716 %. Cette indication prouve que ces variables d'entropie affectent les pertes d'énergie irréversibles produites. Pendant ce temps, la distribution du taux de production d'entropie a été comparée à ces caractéristiques de fluctuation de pression et de tourbillon et a révélé que la région près de l'interface de la langue volute est associée à des pertes élevées à tous les débits étudiés (0,8Qd, 1,0Qd et 1,2Qd), en particulier dans des conditions de charge partielle. La paroi de la volute révèle des pertes maximales à différents pas de temps au point de conception. En outre, le bord de fuite de la pale enregistre la fluctuation de pression maximale, tandis que le bord d'attaque enregistre des intensités modérées. La plupart des régions de la distribution de l'intensité de la fluctuation de pression révèlent une tendance commune à l'entropie dissipée ; ainsi, il existe une forte corrélation entre la production d'entropie et la fluctuation de pression. De plus, le côté aspiration de la turbine enregistre le coefficient d'entropie maximum au niveau du bord d'attaque par rapport au côté pression sous la vue d'envergure. Cela indique que le côté aspiration est également responsable de la forte perte d'énergie dans les passages d'écoulement de la turbine et correspond à la séparation de l'écoulement, ce qui conduit à des modèles de tourbillons reconnus à proximité du moyeu de la pale. Cette étude élargit l'évaluation de la perte d'énergie et peut contribuer davantage à l'optimisation des structures hydrauliques des pompes centrifuges.Translated Description (Spanish)
A partir de los cálculos numéricos de una bomba centrífuga común, se han investigado las características de pérdida de energía aplicando la teoría de generación de entropía para examinar la pérdida debida a las tasas de disipación directa, de turbulencia y de fricción de la pared. Las disipaciones de entropía turbulentas y de fricción de pared aportan valores más altos en comparación con la tasa de disipación de entropía directa. Las disipaciones de entropía turbulenta y de fricción de pared arrojaron 54.629% y 44.654%, respectivamente, al caudal de diseño; sin embargo, la entropía directa disipó el mínimo de alrededor de 0.716%. Esta indicación demuestra que estas variables de entropía afectan a las pérdidas de energía irreversibles producidas. Mientras tanto, la distribución de la tasa de producción de entropía se comparó con esa fluctuación de presión y las características del vórtice y reveló que la región cerca de la interfaz de la lengua de la voluta se asocia con altas pérdidas en todos los caudales estudiados (0.8Qd, 1.0Qd y 1.2Qd), especialmente en condiciones de carga parcial. La pared de la voluta revela pérdidas máximas en diferentes etapas de tiempo en el punto de diseño. Además, el borde de salida de la pala registra la fluctuación de presión máxima, mientras que el borde de ataque registra intensidades moderadas. La mayoría de las regiones en la distribución de intensidad de fluctuación de presión revelan una tendencia común con la entropía disipada; por lo tanto, existe una alta correlación entre la producción de entropía y la fluctuación de presión. Además, el lado de succión del impulsor registra el coeficiente de entropía máximo en el borde de ataque en comparación con el lado de presión bajo la vista de envergadura. Esto indica que el lado de succión también es responsable de la alta pérdida de energía en los pasajes de flujo del impulsor y corresponde a la separación de flujo, lo que conduce a patrones de vórtice reconocidos cerca del cubo de la pala. Este estudio amplía la evaluación de la pérdida de energía y puede contribuir aún más a la optimización de las estructuras hidráulicas de las bombas centrífugas.Files
5.0042831.pdf
Files
(93 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آلية تبديد الطاقة لمضخة الطرد المركزي مع نظرية توليد الإنتروبيا
- Translated title (French)
- Mécanisme de dissipation d'énergie d'une pompe centrifuge avec théorie de génération d'entropie
- Translated title (Spanish)
- Mecanismo de disipación de energía de una bomba centrífuga con teoría de generación de entropía
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3153005561
- DOI
- 10.1063/5.0042831
References
- https://openalex.org/W1822728508
- https://openalex.org/W1970151206
- https://openalex.org/W2029804151
- https://openalex.org/W2069722926
- https://openalex.org/W2070729197
- https://openalex.org/W2109242474
- https://openalex.org/W2267082220
- https://openalex.org/W2470808335
- https://openalex.org/W2551739133
- https://openalex.org/W2734691667
- https://openalex.org/W2745621529
- https://openalex.org/W2784172130
- https://openalex.org/W2794855986
- https://openalex.org/W2889345343
- https://openalex.org/W2898805358
- https://openalex.org/W2906788779
- https://openalex.org/W2937413288
- https://openalex.org/W2937954271
- https://openalex.org/W2940398177
- https://openalex.org/W2962920099
- https://openalex.org/W2982408966
- https://openalex.org/W2983444107
- https://openalex.org/W2987070551
- https://openalex.org/W3000918240
- https://openalex.org/W3007147745
- https://openalex.org/W3012316457
- https://openalex.org/W3016357205
- https://openalex.org/W3035233141
- https://openalex.org/W3046893011