Master's Thesis

CFD simulation of centrifugal pump working as a turbine (PaT) - influence of impeller side wall gaps on simulation results

Final Thesis 3.51 MB

Author of thesis: Ing. Radek Tomšej

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. David Štefan, Ph.D.

Reviewer: Ing. Lucie Zemanová, Ph.D.

Abstract:

This master‘s thesis deals with a centrifugal pump running in reverse (turbine) mode, often called “pump-as-turbine”. The introduction lists basic principles and information about the direct (pump) and reverse modes. Several methodologies for predicting reverse operating point and efficiency evolution are used and compared with simulation results. Using CFD simulations, results obtained with simplified (excluding impeller side wall gaps) and complete geometry (including impeller side wall gaps) are assessed. Furthermore, the results of impeller trimming are evaluated with an aim to find the maximum power and efficiency. Impeller side wall gaps effect is analyzed in terms of friction torque and power loss.

Keywords:

Centrifugal pump, Pump as Turbine, pump in turbine mode, side wall gaps, impeller trimming

Date of defence

14.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi s obsahem své diplomové práce v časovém limitu přibližně 15 minut. Následovaly posudky vedoucího a oponenta. Součástí oponentského posudky byly položeny doplňující otázky, na které student odpověděl. Předseda poděkoval za prezentaci a otevřel rozpravu o diplomové práci pro všechny členy komise. Student v rozpravě správně reagoval na dílčí otázky členů komise. Po vyčerpání všech otázek byla obhajoba ukončena.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Fluid Engineering (M-FLI)

Composition of Committee

doc. Ing. Vladimír Habán, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miloslav Haluza, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (člen)
doc. Ing. Pavel Rudolf, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
Ing. Aleš Skoták, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Štefan, Ph.D.

Student splnil všechny cíle zadání a diplomovou práci vypracoval samostatně pod dohledem vedoucího. Prezentované výsledky a jejich analýza jsou na dobré úrovni a mohou být použity jako adekvátní reference pro řešení obdobné problematiky proudění v mezidiskových prostorech odstředivých čerpadel. Řešené téma má navíc potenciál k dalšímu rozšíření o nestacionární jevy a pokročilejší metody modelování turbulence. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Lucie Zemanová, Ph.D.

Diplomová práce řeší aktuální a praktické téma –  význam zahrnutí mezidiskových prostor do CFD simulace čerpadla pracujícího v turbínovém režimu. Student provedl rešerši v adekvátním rozsahu, text je logicky členěn a obsahuje minimum gramatických chyb. Na str. 27 se hovoří o literatuře, u které ovšem chybí odkaz na citaci zdroje. Místy se objevují stylisticky neobratné formulace a výhrady bych měla k obrázkům v této části (některé jsou zbytečně velké, jiné naopak příliš malé), ale výrazně to nesnižuje celkovou kvalitu práce. Za přínosné považuji značné množství provedených CFD simulací a jejich porovnání s experimenty. Popis výpočtů (doména, sítě, nastavení) je ucelený a podrobný, nechybí žádné podstatné informace. Grafickou prezentaci výsledků bych také vyzdvihla, výstupy jsou přehledně řazené a názorné. Získané výsledky jsou pečlivě analyzovány a  vyvozeny na jejich základě odpovídající závěry. Diplomant splnil všechny cíle práce a doplnil i řadu výsledků nad rámec. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě s hodnocením A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Pro CFD výpočty čerpadel a turbín se v praxi nejčastěji využívá model turbulence SST k-omega. Proč byl zvolen k-epsilon?
  2. Jaké další geometrické modifikace čerpadla (kromě stočení oběžného kola) by mohly vést ke zvýšení účinnosti v turbínovém režimu?
  3. Jak se liší proudění v mezidiskových prostorách v čerpadlovém a turbínovém režimu?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová