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Identification numérique des paramètres d'amélioration des performances d'une pompe centrifuge : roue, roue-volute et roue-diffuseur

By Massinissa Djerroud

Abstract

Les pompes centrifuges sont répandues pour de nombreuses applications dans l'industrie. Cependant, le processus de conception, de fabrication et de caractérisation expérimentale d’une pompe centrifuge est une tâche très fastidieuse et très coûteuse pour des fabricants des pompes: a) grand nombre de paramètres géométriques à considérer; b) moulage des composants de la pompe (roue, volute, diffuseur…etc.): contraction thermique et écoulement du métal liquide dans le moule; et c) réalisation et essais des prototypes. Pour minimiser les coûts associés à ce processus tout en améliorant les performances d’une pompe centrifuge, il est question, dans le cadre de ce projet de recherche, de développer une démarche numérique fiable et précise pour étudier et analyser des écoulements complexes de liquide dans une pompe centrifuge (roue, roue-volute et roue-diffuseur) en vue d’identifier et de prédire les paramètres améliorant ses performances : hauteur manométrique, rendement et puissance. Cette démarche intègre les phénomènes physiques réels inhérents aux écoulements des liquides dans des pompes centrifuges. Pour y parvenir, les équations de continuité et de Navier-Stokes ont été appliquées pour obtenir des modèles mathématiques en tenant compte des conditions aux frontières. La turbulence des écoulements dans la roue, la volute et le diffuseur est prise en compte à l’aide du modèle k-ε. Le système d'équations différentielles partielles résultant de la modélisation mathématique est résolu en utilisant la méthode des volumes finis à l’aide du logiciel CFD « ANSYS-CFX » pour obtenir des modèles numériques tridimensionnels. Ces derniers permettent de déterminer la distribution de vitesse et de champ de pression dans la roue, l’ensemble roue-volute et l’ensemble roue-diffuseur. Les paramètres influençant les performances d’une pompe centrifuge ont été identifiés et prédits en effectuant des simulations numériques sur huit cas en variant : la largeur des aubes de la roue, les angles de sortie des aubes de la roue, l’épaisseur des aubes de la roue, le rayon de la volute en maintenant la même roue, le diamètre de la roue en gardant une volute constante pour assurer le bon fonctionnement de la pompe suite aux tolérances imposées, le nombre d'aubes de la roue en gardant la même volute, le nombre d’aubes du diffuseur et la largeur du diffuseur. La validation des modèles développés est réalisée en comparant les résultats des simulations numériques avec ceux obtenus expérimentalement

Topics: pompe, centrifuge, volute, diffuseur, navier-stokes, turbulence, cfd, modelisation, simulation, performance, roue
Publisher: Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
Year: 2011
OAI identifier: oai:depositum.uqat.ca:40
Provided by: Depositum

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