Hỡnh 3.4 (a) Sự phõn bố đường dũng trong vùng bỏnh cụng tỏc và cỏnh hướng. Sự phõn bố vận tốc tại một mỏng dẫn của vựng bỏnh cụng tỏc
Hỡnh 3.4 thể hiện sự phõn bố ba chiều của cỏc đường dũng chất lỏng chảy từ phần lưới cỏnh của bỏnh cụng tỏc sang vựng cỏnh hướng. Nhỡn tổng thể, sự phõn bố cho thấy cỏc đường dũng bỏm tốt theo biờn dạng cỏnh và khụng xuất hiện dũng quẩn hay tỏch thành. Điều này chứng tỏ, tại điểm lưu lượng thiết kế Qtk, PaT khi hoạt động ở chế độ bơm cho chế độ dũng chảy rất tốt.
Để thấy rừ hơn sự phõn bố vận tốc tại vựng bỏnh cụng tỏc, chỳng ta sử dụng mặt cắt vuụng gúc với trục tại ba vị trớ dọc theo bề rộng của lưới cỏnh bỏnh cụng tỏc (tớnh từ đĩa sau bỏnh cụng tỏc): vị trớ 20%, 50% và 80% bề rộng của lưới cỏnh (hay được
Cửa vào Cửa ra Mặt phõn cỏch Cửa vào Cửa ra Buồng xoắn
gọi là bề rộng cỏnh bỏnh cụng tỏc). Sau đú trải cỏc mặt lờn mặt phẳng và thể hiện trường vộctơ vận tốc trờn cỏc mặt cắt đú (như được thấy trờn hỡnh3. 5).
(a) 20% bề rộng cỏnh (b)50% bề rộng cỏnh (c)80% bề rộng cỏnh
Hỡnh 3.5 Sự phõn bố vận tốc tại cỏc mặt cắt dọc theo bề rộng cỏnh trong vựng bỏnh cụng tỏc
Hỡnh 3.6 Sự phõn bố ỏp suất dọc theo biờn dạng cỏnh tại cỏc mặt cắt dọc theo bề rộng cỏnh trong vựng bỏnh cụng tỏc. s và c lần lượt là tọa độ cong (từ đầu biờn dạng) và c là
chiều dài dõy cung của biờn dạng
Chỳng ta thấy tại mặt cắt trung bỡnh (50% bề rộng cỏnh, hỡnh 3.5b) cỏc vộc tơ vận tốc trong vựng lưới cỏnh đều cú hướng về phớa vựng cỏnh hướng (nằm phớa bờn phải lưới cỏnh) và khụng xuất hiện bất cứ vộc tơ vận tốc nào chuyển động ngược lại. Điều đú chứng tỏ dũng chảy trong vựng bỏnh cụng tỏc là rất tốt tại vựng trung gian này. Tuy nhiờn tại hai mặt cắt cũn lại (phớa gần đĩa sau, 20% bề rộng cỏnh, Hỡnh 3.5a; và phớa gần đĩa trước, 80% bề rộng cỏnh, hỡnh 3.5c) cú sự xỏo động về trường vộctơ vận tốc gần biờn dạng cỏnh mà tại đú xuất hiện dũng quẩn. Điều này cú thể hiểu được vỡ hai mặt cắt này gần đĩa trước và đĩa sau của bỏnh cụng tỏc và do đú chịu tỏc động của điều kiện biờn tại hai đĩa này dẫn đến hỡnh thành dũng quẩn nhỏ như được thấy trờn hỡnh 3.5a và c. Tuy nhiờn tỏc động là nhỏ như được thấy trờn hỡnh 3.6. Với sự phõn bố của ỏp suất dọc theo biờn dạng cỏnh tại cỏc mặt cắt tương ứng. Do bụng cỏnh đẩy chất lỏng nờn ỏp suất phần bụng cỏnh cao hơn ỏp suất phần lưng cỏnh. Phõn bố trường ỏp suất trờn lưng và bụng cỏnh cho thấy khụng cú vựng ỏp cao trờn lưng cỏnh do tỏc dụng của dũng chất lỏng bị đẩy bởi cỏnh tiếp sau. Nghĩa là dũng chảy khụng bị cản
trở bởi hiện tượng chờm cỏnh nờn chất lượng động lực học là tốt. Tuy nhiờn ở phớa gần mộp ra, ỏp suất phần lưng cỏnh lại cao hơn ỏp suất phần bụng cỏnh. Điều này cú hiểu được vỡ đõy là vựng mà dũng chảy đang dần chuyển sang phần cỏnh hướng. Và do tỏc động của cỏnh hướng, ỏp suất bị đẩy lờn cao (hỡnh 3.6). Điều này cũng giải thớch tại sao thường xuất hiện dũng quẩn tại khu vực khụng cỏnh giữa bỏnh cụng tỏc và cỏnh hướng [58].
Hỡnh 3.7 thể hiện phõn bố ỏp suất dọc theo mỏng cỏnh và trong cả bỏnh cụng tỏc. Kết quả cho thấy sự phõn bố trường ỏp suất trờn mặt lưng và bụng cỏnh tốt để tạo lực nõng, bụng cỏnh đẩy chất lỏng ỏp suất cao.Trờn phõn bố trường ỏp suất lưng và bụng cỏnh cú thể thấy khụng cú vựng ỏp cao trờn lưng cỏnh do tỏc dụng của dũng chất lỏng bị đẩy bởi cỏnh tiếp sau. Nghĩa là dũng chảy khụng bị cản trở bởi hiện tượng chờm cỏnh nờn cho chất lượng động lực học tốt.
Hỡnh 3.7 Sự phõn bố ỏp suất tại mặt cắt 50% bề rộng cỏnh cho vựng bỏnh cụng tỏc và cỏnh hướng. Ps là ỏp suất tĩnh.
Hỡnh 3.8 cho thấy phõn bố và giỏ trị vận tốc của cỏc thành phần vận tốc W và Cm
và hỡnh 3.9 thể hiện chi tiết phõn bố vộctơ của dũng chảy trong khu vực cỏnh hướng. Kết quả cho thấy vận tốc tương đối lớn nhất đạt 6,8m/s và vận tốc kinh tuyến đạt 2,2m/s trong vựng cỏnh bỏnh cụng tỏc. So sỏnh với cỏc nghiờn cứu của [58, 59] cho thấy phõn bố vận tốc trong mỏng cỏnh của nghiờn cứu là hợp lý. Khụng giống như hoạt động tuabin, bơm khụng được thiết kế với cỏc cỏnh hướng để điều chỉnh chế độ dũng chảy vào bỏnh cụng tỏc. Trong cỏc điều kiện lồng tốc hoặc hoạt động ngoài điểm thiết kế, thành phần vận tốc tương đối (cm) trở nờn mạnh hơn tại vựng mộp vào
cỏnh, tạo nờn “vũng nước” và ngăn cản dũng chảy giữa bỏnh cụng tỏc và cỏnh hướng. Tương tự, trong tài liệu tham khảo [24, 60], cỏc tỏc giả đó dự đoỏn dũng khụng ổn định trong vựng hỡnh chữ S, và cho thấy rằng cỏc xoỏy cục bộ trong mỏng dẫn bỏnh cụng tỏc và kộo theo dũng chảy bờn ngoài bỏnh cụng tỏc trong vựng khụng cỏnh là
nguồn tạo nờn sự khụng ổn định. Và đõy là một trong những lý do quan trọng dẫn đến sự suy giảm hiệu suất của mỏy trong những vựng xa ngoài điểm thiết kế.
Hỡnh 3.8 Phõn bố cỏc thành vận tốc W và Cm dọc theo mỏng cỏnh tại vị trớ lỏt cắt trung bỡnh 50% tại điểm thiết kế
Hỡnh 3.9 Trường dũng chảy qua khu vực cỏnh hướng và cột trụ
(a) Phõn bố đường dũng (b) Phõn bố ỏp suất
Bờn cạnh đú, khi bơm hoạt động ở chế độ tuabin, dũng chảy bị đổi chiều; do đú, hỡnh dạng và phõn bố tổn thất cũng trở nờn khỏc khi ở chế độ bơm. Trong chế độ nghịch của PaT, tổn thất cú thể được phõn loại theo ảnh hưởng của nú lờn cỏc đường đặc tớnh năng lượng của bơm và tuabin. Một vài nghiờn cứu đó được thực hiện để đỏnh giỏ sự phõn bố tổn thất tại cỏc vựng khỏc nhau (vớ dụ, [32, 61]). Cỏc kết quả nghiờn cứu cho thấy tổn thất trong vựng bỏnh cụng tỏc và vựng buồng xoaắn chiếm tỉ trọng lớn, trong khi tổn thất trong phần ống hỳt ra phụ thuộc vào điều kiện dũng chảy, giỏ trị của nú nhỏ và cú thể bỏ qua.
Hỡnh 3.10 cho chỳng ta thấy hỡnh ảnh tổng thể về dũng chất lỏng chuyển động cũng như phõn bố ỏp suất trong hệ thống tại lưu lượng thiết kế. Nhỡn chung, phõn bố vận tốc tốt, dũng bao cỏnh ổn định và khụng cú xoỏy. Đường dũng phõn bố mượt từ vựng bỏnh cụng tỏc đến vựng buồng xoắn. Độ lớn vận tốc phõn bố ổn định, khụng xuất hiện cỏc giỏ trị cục bộ bất thường (như quỏ cao hoặc quỏ thấp). Theo đú, trường ỏp suất phõn bố hài hũa giữa cỏc vựng. Như vậy, với lưu lượng thiết kế dũng bao cỏnh ổn định, chất lượng thủy lực tốt và khụng cú xoỏy. Do đú, hệ thống hoạt động tốt và cho hiệu suất cao.
Hỡnh 3.11 Đặc tớnh năng lượng của PaT ở chế độ bơm
Hỡnh 3.11 cho thấy sự thay đổi cột ỏp H, cụng suất P và hiệu suất của hệ thống
theo lưu lượng. Chỳng ta cú thể thấy tại điểm thiết kế (Qtk=220m3/h), hiệu suất trong vựng giỏ trị cao nhất (hiệu suất đạt giỏ trị cao nhất tại cỏc điểm nằm trong khoảng 95% đến 110% của lưu lượng thiết kế). Điều này chứng tỏ điểm thiết kế ở đõy là phự hợp và là một lựa chọn tốt. Về cột nước, tại điểm thiết kế (Qtk=220m3/h), cột nước đạt 10,2m, cao hơn một chỳt so với thụng số thiết kế của bơm ban đầu. Cụng suất yờu cầu tại điểm thiết kế là P = 6,37kw.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 40 70 100 130 160 190 220 250 280 310 340 P ( K W ); H ( m ) η (% ) Q (m3/h) ηCFD HCFD PCFD