Investigation of Centrifugal Pump Used in Irrigation by Numerical (CFD Analysis) and Experimental Methods
Öz
The goal in centrifugal pump designs is to achieve maximum efficiency. Even small percentage increases in pump efficiency provide high overall energy savings in pumps that operate for long periods of time, especially those that use high-power motors. While fan and casing structures are designed in line with this goal, many structural features affect the efficiency of the pumps.
In the study, pump performance values of the 5” horizontal shaft centrifugal pump at different flow rates were measured in the laboratory. Depending on the change in pump flow rates, it was determined that the pump power consumption varied between 15-42kW and the efficiency values varied between 32.63-55.57%. Considering the statistical compatibility of the measured pump performance values with the values obtained by CFD, it was determined that the coefficient of determination of the measured and predicted values varied between 0.870 and 0.936, which is quite high. The mean absolute percentage error was determined to be well below the acceptable value of 10%.
Anahtar Kelimeler
Centrifugal pump power consumption manometric height efficiency CFD
Kaynakça
- Aksoy, M.H., 2018. Santrifüj Pompa Çarkındaki Akış Karakteristiklerinin Had ve Piv Yöntemi ile İncelenmesi, Doktora Tezi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya, 160.
- Babayigit, O., Kocaaslan, O., Aksoy, M. H., Guleren, K. M., & Ozgoren, M., 2015. Numerical identification of blade exit angle effect on the performance for a multistage centrifugal pump impeller. In EPJ Web of Conferences (Vol. 92, p. 02003). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/epjconf/20159202003
- Baysal, K. (1979). Tam santrifüj pompalar: hesap, çizim ve konstrüksiyon özellikleri. İstanbul Teknik Üniversitesi. Caridad, J. & Kenyery, F., 2004. CFD analysis of electric submersible pumps (ESP) handling two-phase mixtures, Journal of Energy Resources Technology, 126, 99-104. https://doi.org/10.1115/1.1725156
- Çalışır, S., Gültekin, S. S., & Çarman, Ç., 2003. Santrifüj Pompaların Performans Değerlerinin Yapay Sinir Ağlarıyla Hesaplanması. Tarımsal Mekanizasyon, 21, 3-5.
- Çarman, K., & Taner, A., 2012. Prediction of tire tractive performance by using artificial neural networks. Mathematical and Computational applications, 17(3),182-192. https://doi.org/10.3390/mca17030182
- Demirel, E., 2021. Santrifüj Pompaların Verim ve Kavitasyon Açısından Çok Amaçlı Optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 99. Ding, H., Li, Z., Gong, X., & Li, M., 2019. The influence of blade outlet angle on the performance of centrifugal pump with high specific speed. Vacuum, 159, 239-246. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.10.049
- Karassik, I. J., Krutzsch, W. C., Fraser, W. H., & Messina, J. P. Pump Handbook, 1986. McGraw-Hill Book Company, New York, 2(2), 2-215.
- Khoeini, D., Shirani, E., & Joghataei, M., 2019. Improvement of centrifugal pump performance by using different impeller diffuser angles with and without vanes. Journal of Mechanics, 35(4), 577-589. https://doi.org/10.1017/jmech.2018.39
- Korkmaz, E., 2015. Tek Kademeli Bir Derin Kuyu Pompasının Karakteristiklerinin Belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(1), 1-8.
- Stepanoff, A. J., 1993. Centrifugal and Axial Flow Pumps. 2nd ed. Krieger Publishing, Malabar, Florida. Taner, A., 2007. Radyal Santrifüj Pompaların Yapay Sinir Ağları İle Tasarımı, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Konya, 168.
- Tezer, E. 1978. Sulamada Pompaj Tesisleri (Proje, Seçim ve İşletme yöntemleri). Cilt I-II-III. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Adana.
- Toprak, S., 2007. Düşey Milli Derin Kuyu Sulama Pompalarında Kademe Sayısının Pompa İşletme Karakteristiklerine Etkisi, Yüksek Lisans tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makineleri Anabilim Dalı, Konya, 80.
- Tural H.N., 2013. Pompaların Dinamik Analizi, Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 103.
- Uçar, A.N., 2017. Santrifüj Pompadaki Akışın Sayısal Yöntemlerle İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi. Gebze Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Kocaeli, 62.
- Wang, C., Chen, X., Ge, J., Cao, W., Zhang, Q., Zhu, Y., & Chang, H., 2023. Internal flow characteristics of high-specific-speed centrifugal pumps with different number of impeller blades under large flow conditions. Machines, 11(2),138. https://doi.org/10.3390/machines11020138
- Willmott, C. J., Ackleson, S. G., Davis, R. E., Feddema, J. J., Klink, K. M., Legates, D. R., ... & Rowe, C. M., 1985. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal of Geophysical Research: Oceans, 90(C5), 8995-9005. Xiong, J., Tang, J., Guo, P., & Li, J., 2023. Flow Capacity Optimization of a Squirrel Cage Fan with a New Rounded Rectangle Volute under Size Limitation. Machines, 11(2),283. https://doi.org/10.3390/machines11020283
- Yazıcı, H. F. 1996. Santrifüj pompaların performans testleri II. 2. Pompa kongresi:115. İstanbul.
Öz
Santrifüj pompa tasarımlarında amaç maksimum verime ulaşmaktır. Pompa verimliliğindeki küçük yüzdesel artışlar bile, özellikle yüksek güçlü motorlar kullanan, uzun süre çalışan pompalarda yüksek toplam enerji tasarrufu sağlar. Fan ve gövde yapıları bu amaç doğrultusunda tasarlanırken birçok yapısal özellik pompaların verimini etkilemektedir.
Çalışmada 5”’lik yatay milli santrifüj pompanın farklı debilerdeki pompa performans değerleri ölçülmüştür. Pompa debilerindeki değişime bağlı olarak pompa güç tüketiminin 15-42kW arasında değiştiği, verim değerlerinin ise %32,63-55,57 arasında değiştiği tespit edilmiştir. Ölçülen pompa performans değerlerinin CFD ile elde edilen değerlerle istatistiksel uyumu göz önüne alındığında, ölçülen ve tahmin edilen değerlerin determinasyon katsayısının oldukça yüksek bir değer olan 0,870 ile 0,936 arasında değiştiği saptanmıştır. Ortalama mutlak yüzde hatasının ise kabul edilebilir sınır değer olan %10’un oldukça altında olduğu belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler
Kaynakça
- Aksoy, M.H., 2018. Santrifüj Pompa Çarkındaki Akış Karakteristiklerinin Had ve Piv Yöntemi ile İncelenmesi, Doktora Tezi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya, 160.
- Babayigit, O., Kocaaslan, O., Aksoy, M. H., Guleren, K. M., & Ozgoren, M., 2015. Numerical identification of blade exit angle effect on the performance for a multistage centrifugal pump impeller. In EPJ Web of Conferences (Vol. 92, p. 02003). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/epjconf/20159202003
- Baysal, K. (1979). Tam santrifüj pompalar: hesap, çizim ve konstrüksiyon özellikleri. İstanbul Teknik Üniversitesi. Caridad, J. & Kenyery, F., 2004. CFD analysis of electric submersible pumps (ESP) handling two-phase mixtures, Journal of Energy Resources Technology, 126, 99-104. https://doi.org/10.1115/1.1725156
- Çalışır, S., Gültekin, S. S., & Çarman, Ç., 2003. Santrifüj Pompaların Performans Değerlerinin Yapay Sinir Ağlarıyla Hesaplanması. Tarımsal Mekanizasyon, 21, 3-5.
- Çarman, K., & Taner, A., 2012. Prediction of tire tractive performance by using artificial neural networks. Mathematical and Computational applications, 17(3),182-192. https://doi.org/10.3390/mca17030182
- Demirel, E., 2021. Santrifüj Pompaların Verim ve Kavitasyon Açısından Çok Amaçlı Optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 99. Ding, H., Li, Z., Gong, X., & Li, M., 2019. The influence of blade outlet angle on the performance of centrifugal pump with high specific speed. Vacuum, 159, 239-246. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2018.10.049
- Karassik, I. J., Krutzsch, W. C., Fraser, W. H., & Messina, J. P. Pump Handbook, 1986. McGraw-Hill Book Company, New York, 2(2), 2-215.
- Khoeini, D., Shirani, E., & Joghataei, M., 2019. Improvement of centrifugal pump performance by using different impeller diffuser angles with and without vanes. Journal of Mechanics, 35(4), 577-589. https://doi.org/10.1017/jmech.2018.39
- Korkmaz, E., 2015. Tek Kademeli Bir Derin Kuyu Pompasının Karakteristiklerinin Belirlenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 19(1), 1-8.
- Stepanoff, A. J., 1993. Centrifugal and Axial Flow Pumps. 2nd ed. Krieger Publishing, Malabar, Florida. Taner, A., 2007. Radyal Santrifüj Pompaların Yapay Sinir Ağları İle Tasarımı, Doktora Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım Makinaları Anabilim Dalı, Konya, 168.
- Tezer, E. 1978. Sulamada Pompaj Tesisleri (Proje, Seçim ve İşletme yöntemleri). Cilt I-II-III. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, Adana.
- Toprak, S., 2007. Düşey Milli Derin Kuyu Sulama Pompalarında Kademe Sayısının Pompa İşletme Karakteristiklerine Etkisi, Yüksek Lisans tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makineleri Anabilim Dalı, Konya, 80.
- Tural H.N., 2013. Pompaların Dinamik Analizi, Yüksek Lisans Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 103.
- Uçar, A.N., 2017. Santrifüj Pompadaki Akışın Sayısal Yöntemlerle İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi. Gebze Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Kocaeli, 62.
- Wang, C., Chen, X., Ge, J., Cao, W., Zhang, Q., Zhu, Y., & Chang, H., 2023. Internal flow characteristics of high-specific-speed centrifugal pumps with different number of impeller blades under large flow conditions. Machines, 11(2),138. https://doi.org/10.3390/machines11020138
- Willmott, C. J., Ackleson, S. G., Davis, R. E., Feddema, J. J., Klink, K. M., Legates, D. R., ... & Rowe, C. M., 1985. Statistics for the evaluation and comparison of models. Journal of Geophysical Research: Oceans, 90(C5), 8995-9005. Xiong, J., Tang, J., Guo, P., & Li, J., 2023. Flow Capacity Optimization of a Squirrel Cage Fan with a New Rounded Rectangle Volute under Size Limitation. Machines, 11(2),283. https://doi.org/10.3390/machines11020283
- Yazıcı, H. F. 1996. Santrifüj pompaların performans testleri II. 2. Pompa kongresi:115. İstanbul.
Ayrıntılar
| Birincil Dil | İngilizce |
|---|---|
| Konular | Makine Mühendisliği (Diğer) |
| Bölüm | Makaleler |
| Yazarlar | |
| Erken Görünüm Tarihi | 22 Mayıs 2025 |
| Yayımlanma Tarihi | 10 Haziran 2025 |
| Gönderilme Tarihi | 6 Temmuz 2024 |
| Kabul Tarihi | 3 Aralık 2024 |
| Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 25 Sayı: 3 |
Kaynak Göster
Bu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.