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Jun 08, 2023

Évaluation de la perte d'énergie des systèmes de pompes à flux axial dans les opérations de production d'énergie inverse basée sur la théorie de la production d'entropie

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 8667 (2022) Citer cet article 1000 accès 3 citations Détails des métriques L'utilisation d'équipements de grandes stations de pompage existants pour les eaux résiduaires en amont

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8667 (2022) Citer cet article

1000 accès

3 citations

Détails des métriques

L’utilisation des grands équipements de stations de pompage existants pour la production d’énergie inverse des eaux résiduelles en amont est un projet d’énergie renouvelable non réalisé mais précieux. À l'heure actuelle, certaines grandes stations de pompage à flux axial ont commencé à effectuer des opérations de production d'énergie inversée ; cependant, les recherches connexes n’ont pas encore commencé. Dans cet article, la théorie de la génération d'entropie est appliquée à un système de station de pompage à flux axial à grande échelle dans des opérations de production d'énergie inverse, et la méthode de génération d'entropie est utilisée pour étudier la taille et la distribution précises de la dissipation d'énergie mécanique de chaque composant sous différents flux. conditions. Premièrement, les caractéristiques énergétiques et les fluctuations de pression dans la pompe du système de station de pompage à grand flux axial sont testées expérimentalement dans des conditions de production d'énergie inverse. La fiabilité du calcul numérique de génération d'entropie est vérifiée expérimentalement et théoriquement. Ensuite, la proportion de chaque composant dans la production totale d'entropie est comparée pour illustrer comment chaque composant contribue à la production totale d'entropie du système et comment cette contribution change à mesure que les conditions de fonctionnement varient. Ensuite, le type de production d’entropie de chaque composant est déterminé avec précision dans différentes conditions d’écoulement, révélant les changements dans les proportions des différents types de production d’entropie de chaque composant. Enfin, les composants présentant de grandes dissipations d'énergie mécanique sont sélectionnés, et les changements et les causes de la distribution de dissipation d'énergie des composants sont minutieusement analysés dans différentes conditions d'écoulement. Les résultats de la recherche peuvent aider à mieux comprendre le mécanisme de dissipation d’énergie des grands systèmes de pompes à flux axial dans les opérations de production d’énergie inverse.

Ces dernières années, l'inversion des pompes est devenue une méthode de plus en plus populaire pour remplacer les opérations de turbine dans l'ingénierie1,2,3,4,5,6, et de nombreuses micro et petites centrales hydroélectriques situées dans des zones reculées ont commencé à utiliser l'inversion des pompes à débit axial pour remplacer opérations des turbines7,8,9,10,11. Certains administrateurs de systèmes de stations de pompage à flux axial à grande échelle en Chine ont découvert que la production d'énergie inverse utilisant l'eau entrante en amont peut générer une grande quantité d'énergie propre tout en offrant des avantages économiques considérables. Par conséquent, certaines tentatives de production d’énergie inverse utilisant des stations de pompage à flux axial ont été utilisées dans des opérations réelles.

Le fonctionnement actuel de diverses grandes stations de pompage à flux axial pour la production d’énergie inversée12 a montré qu’il est techniquement possible d’utiliser le fonctionnement inverse d’un grand système de pompe à flux axial pour produire de l’électricité. Cependant, pour l'utilisation généralisée des stations de pompage à flux axial pour la production d'énergie inverse, le taux d'utilisation de l'énergie hydraulique à faible chute et les avantages énergétiques offerts par la production d'énergie inverse de grands systèmes de pompes à flux axial doivent d'abord être étudiés. Cela nécessite une étude approfondie des mécanismes de perte de charge et de dissipation d’énergie des grands systèmes de pompes à flux axial dans les opérations de production d’énergie inverse.

Des chercheurs en Chine et à l’étranger ont étudié les caractéristiques de production d’énergie inverse des pompes à flux axial, en se concentrant principalement sur l’optimisation de la roue des petites pompes à flux axial afin d’améliorer les performances hydrauliques des pompes à flux axial fonctionnant comme des turbines dans la centrale hydroélectrique de Pico13,14. À ce jour, les recherches sur les caractéristiques énergétiques et les mécanismes de dissipation d’énergie des grands systèmes de pompes à flux axial dans les opérations de production d’énergie inverse font encore défaut.

La méthode de chute de pression a été la méthode la plus largement utilisée pour étudier les pertes hydrauliques et la dissipation d’énergie dans les machines hydrauliques au cours des dernières décennies. Cependant, la méthode de chute de pression ne peut pas déterminer l’emplacement spécifique de la dissipation d’énergie ni quantifier la dissipation d’énergie. Ces dernières années, certains chercheurs ont proposé d’introduire la théorie de la production d’entropie dans les machines à fluide rotatif afin d’évaluer les mécanismes de dissipation d’énergie dans les machines à fluide15,16,17,18,19,20,21. Gong et al.19 ont d'abord utilisé la théorie de la production d'entropie pour évaluer la perte de débit interne des turbines Francis et ont déterminé l'emplacement spécifique et l'intensité de la perte de débit interne dans les turbines. Chang et al.20 ont appliqué la théorie de la production d'entropie pour étudier les mécanismes de perte de débit interne et de dissipation d'énergie d'une pompe auto-amorçante et ont optimisé le profil des pales de la pompe auto-amorçante en fonction des résultats de l'analyse de la production d'entropie. Pei et al.22 ont conçu six groupes avec des distances différentes entre la roue et l'aube directrice dans une pompe à débit axial de faible hauteur. La théorie de la production d'entropie a été utilisée pour étudier la dissipation d'énergie dans la pompe à flux axial selon différents schémas. Il a été constaté que la dissipation turbulente dominait la consommation d’énergie mécanique de la pompe à flux axial. Mohammad et al.23 ont analysé le mécanisme de dissipation d'énergie d'une petite pompe centrifuge alimentée par une turbine inversée dans différentes conditions d'écoulement en utilisant la théorie de la production d'entropie. Le vortex à l’entrée de la roue et la séparation du flux à la sortie de la roue se sont révélés être les principales causes de génération d’entropie dans la petite pompe centrifuge actionnée par la turbine inversée. La perte de production d'entropie du tube d'aspiration était plus apparente dans la perte de production d'entropie des composants PAT.