臺灣博碩士論文加值系統

泵浦(Pump)是現今社會相當普遍使用之設備，其主要應用於工業、農業與醫療三大體系。根據研究報告指出，Pump在運轉3至10年內，絕大部分機組之效率將會開始衰減5~20%[1]，泵浦功能會隨著時間而逐步退化，本研究探討所影響至泵浦之各方面，造成泵浦性能損失之因素，需深入了解泵浦內部的運轉狀況、液體流動方向、壓力以及空蝕(Cavitation)是如何產生與對泵浦造成影響。
本研究使用Gambit 軟體設置內外流場，在定子與轉子之間增設結構網格，繪製完後，採用ANSYS Workbench 17 設定網格大小，最後將其輸出至Fluent17 進行模擬分析，採用SIMPLEC算法，對流項採取二階準確上風法，結果顯示靠近主軸(也就是轉子中心處)位置之速度最小，而越往葉片外圍(遠離轉子中心處)速度越大；依據泵浦性能當揚程越高時流量越小，以出口揚程為23.04公尺時泵浦效率71.63%，此時泵浦的效率達到最高。

Pump is a widely used equipment in today. It is mainly used in the three major systems of industry, agriculture and medical care. According to the research report, within 3 to 10 years of operation, the efficiency of most units will begin to decay by 5~20% [1]. The pump function will gradually degrade over time, this research investigates each aspect of the pump, involving operate status、pressure and so on.
Gambit software was used to set the internal and external flow fields, and a structural grid was added between the stator vane and the rotor blade in the paper. ANSYS Workbench was used to set the grid size, and finally it was output to Fluent17 for simulation analysis. The numerical method uses the SIMPLEC algorithm to simulate. The convection term uses the second-order QUICK scheme. The result shows that the speed near the main shaft is the smallest, and the more the blade periphery, the greater the speed. According to the pump performance, when pressure head is higher then flow rate become small. The pump efficiency is 71.63% when the pressure head reach to 23.04 meters. The pump efficiency reachs the highest at this time.

中文摘要...i
英文摘要...ii
誌謝......iii
目錄......iv
表目錄....vii
圖目錄....viii
符號說明....xiii
第一章 緒論......1
1.1 前言........1
1.2 研究動機....2
1.3 研究目的....3
第二章 文獻回顧...4
2.1 數值模擬方法研究......4
2.2 改良廠商原圖繪製研究..6
第三章 研究內容與方法......11
3.1 泵浦類型介紹.........11
3.2 定子與轉子模型.......13
3.3 選擇設定邊界........13
第四章 數學公式與數值方法..22
4.1 數學公式.....22
4.1.1壓力方程式..22
4.1.2統御方程式與假設....24
4.1.3 k-ε紊流方程式......26
4.1.4 SIMPLE C算法公式..27
4.2 數值方法.....28
4.3 網格設置.....30
4.4邊界條件......32
第五章 結果與討論.....33
5.1繪畫圖型.....33
5.2 建立網格....33
5.3 設置流場狀態與相關條件.....34
5.4設置邊界條件...34
5.5向量分析......35
5.6 流量與揚程關係分析...35
5.7 流量與揚程關係分析...35
5.8壓力分析.....36
5.9速度分析.....37
5.10 流量分析...39
5.11 PQ圖分析..39
第六章 結論.......40
參考文獻...73

[1]工業技術研究院能源與環境研究所，泵浦效率管理節能技術手冊，第01-04頁
[2]喻永巽，“ANSYS Workbench的應用現狀及分析 ”， 機電工程技術， 2014， 第9期，第138-140頁
[3]石祥鐘，于佐東，“ANSYS的CFD功能在離心泵設計中的應用 ”，流體機械，2005，第12期，第49-51頁
[4]張宇，栾江峰，張斯亮，“基於FLUENT的壓力管道內部流場分析 ”，當代化工，2014，第6期，第1106-1108頁
[5]翁英哲 ， 楊竣翔， “泵浦空蝕效應模擬分析與性能研究”，機械工業雜誌，2017，第45期，第57-64頁
[6]簡嘉宏 ，吳信毅，黃聰文，楊順傑，“泵浦葉片設計之數值分析與最佳化” ，冷凍空調與能源科技雜誌，2011， 第68期，第 71-77頁
[7]許智能， 蔣小偉，傅英嘉，徐國勛，黎兆桓，戴暐城，“渦輪分子真空泵浦轉子葉片分子動力學之最佳化設計與製作研究” ，真空科技，2011，第24卷，第4期，第8-16頁
[8]吳登淵，翁英哲，楊竣翔，“離心壓縮機轉子動力分析”，機械工業雜誌，2019 ，第439期，第56-60頁
[9] Gyanendra Tiwari, Jitendra Kumar, Vishnu Prasad, Vivek Kumar Patel, 2020 , “Derivation of cavitation characteristics of a 3MW prototype Francis turbine through numerical hydrodynamic analysis”, ScienceDirect
[10] K. Vasudeva Karanth, N. Yagnesh Sharma, 2009, “CFD Analysis on the Effect of Radial Gap on Impeller-Diffuser Flow Interaction as well as on the Flow Characteristics of a Centrifugal Fan” , International Journal of Rotating Machinery, Volume 2009, Article ID 293508, pp.1-8.
[11] Lijian Shi, Wenpeng Zhang, Haifeng Jiao, Fangping Tang, Li Wang, Dandan Sun, Wei Shi, 2020, “Numerical simulation and experimental study on the comparison of the hydraulic characteristics of an axial-flow pump and a full tubular pump”, Renewable Energy, Volume 153, pp.1455-1464.
[12] Yasuyuki Nishi, Ryouta Suzuo, Daichi Sukemori, Terumi Inagaki, 2020, “Loss analysis of gravitation vortex type water turbine and influence of flow rate on the turbine’s performance”, Renewable Energy, Volume 155, pp.1103-1117.