Design Optimisation of a Double Volute Centrifugal Pump: A Numerical Study

초록

Centrifugal pumps are widely used in the irrigation and drainage engineering to transport petroleum and chemical products. However, accumulated energy losses, high power consumption and rising government energy efficiency regulations have motivated the pump industry to increase pump operating efficiency and reduce energy losses. This work aims to design and develop a high-efficiency, level 1 energy-saving centrifugal pump. Baseline simulations revealed appreciable flow separation and energy losses, so the pump was re-parameterised in CF Turbo 2025 and examined in Ansys Workbench using computational fluid dynamics (CFD) to optimise the pump design. A pump experiment was conducted to assess hydraulic performance and validate the computational pump model. Parametric design parameters, such as impeller outlet width, impeller diameter, blade number and volute diameter, were included to assess their effects on pump performance. The effects of the design parameters were investigated and discussed under different working conditions. The results demonstrated that by varying the design parameters, the optimum pump head and efficiency could increase by 7% and 11%, respectively, significantly reducing power losses and flow separation. Specifically, reducing the impeller width improved the hydraulic efficiency and lowered the energy consumption. The research provides a comprehensive design-optimisation approach to enhance the performance of a double-volute centrifugal pump.Les pompes centrifuges sont largement utilis & eacute;es dans le domaine de l'irrigation et du drainage, ainsi que pour le transport de produits p & eacute;troliers et chimiques. Cependant, les pertes d'& eacute;nergie cumul & eacute;es, la forte consommation d'& eacute;nergie et le renforcement des r & eacute;glementations gouvernementales en mati & egrave;re d'efficacit & eacute; d'& eacute;nergie ont encourag & eacute; l'industrie des pompes & agrave; am & eacute;liorer le rendement de fonctionnement des pompes et & agrave; r & eacute;duire les pertes d'& eacute;nergie. Ce travail vise & agrave; concevoir et & agrave; d & eacute;velopper une pompe centrifuge & agrave; haut rendement, class & eacute;e niveau 1 en mati & egrave;re d'& eacute;conomies d'& eacute;nergie. Les simulations de r & eacute;f & eacute;rence ont r & eacute;v & eacute;l & eacute; une s & eacute;paration du flux et des pertes d'& eacute;nergie significatives; la pompe a donc & eacute;t & eacute; reparam & eacute;tr & eacute;e dans le logiciel CF Turbo 2025 et analys & eacute;e & agrave; travers Ansys Workbench & agrave; l'aide de la m & eacute;canique des fluides num & eacute;rique (CFD) afin d'optimiser sa conception. Une exp & eacute;rience sur la pompe a & eacute;t & eacute; men & eacute;e pour & eacute;valuer les performances hydrauliques et valider le mod & egrave;le de simulation de la pompe. Des param & egrave;tres de conception param & eacute;triques, tels que la largeur de la sortie de la roue, le diam & egrave;tre de la roue, le nombre d'aubes et le diam & egrave;tre de la volute, ont & eacute;t & eacute; pris en compte afin d'& eacute;valuer leurs effets sur les performances de la pompe. Les effets de ces param & egrave;tres de conception ont & eacute;t & eacute; & eacute;tudi & eacute;s et analys & eacute;s dans diff & eacute;rentes conditions de fonctionnement. Les r & eacute;sultats ont d & eacute;montr & eacute; qu'en faisant varier les param & egrave;tres de conception, il & eacute;tait possible d'augmenter la hauteur manom & eacute;trique et le rendement optimaux de la pompe de 7% et 11% respectivement, r & eacute;duisant consid & eacute;rablement les pertes de puissance et la s & eacute;paration du flux. Plus pr & eacute;cis & eacute;ment, la r & eacute;duction de la largeur de la roue a permis d'am & eacute;liorer le rendement hydraulique et de diminuer la consommation d'& eacute;nergie. Cette recherche propose une approche globale d'optimisation de la conception visant & agrave; am & eacute;liorer les performances d'une pompe centrifuge & agrave; double volute.

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