Оптимизация базовой конструкции струйного насоса для добычи геотермальных вод

Аннотация

Высокая температура и глубина залегания геотермальных вод ограничивают использование погружных электронасосов при их добыче. Альтернативным способом может стать применение базовой конструкции водяных струйных насосов, проточные каналы которой имеют конические либо цилиндрические поверхности, что позволяет осуществлять их массовое изготовление на машиностроительных предприятиях без привлечения дорогостоящего оборудования. До сих пор зависимость КПД таких насосов от конструкции изучалась путем поочерёдного варьирования геометрических размеров, т.е. без учета их взаимного влияния. Было предложено множество взаимно не согласованных оптимальных конструкций. Нами задача оптимизации решалась методом вычислительной гидродинамики. При варьировании геометрических размеров насоса применялся план полного факторного эксперимента. Показано, что все возможные водяные струйные насосы геометрически подобны. В качестве естественного масштаба предложено использовать диаметр сопла. Получены выражения основных геометрических размеров насосов через диаметр сопла. Показано, что максимальный КПД насосов – около 40%, а скорость жидкости на выходе из сопла практически не меняется при масштабировании насосов и фиксированных граничных условиях (давлениях). Вязкие потери растут обратно пропорционально диаметру сопла.