A numerical investigation on a suction vortices, free vortices and subsurface vortices behavior in the model sump system with multi-intakes is performed A test model sump and piping system were designed based on Froude similitude for the prototype of the recommended structure layout by HI-9.B Standard for Pump Intake Design of the Hydraulic Institute. A numerical analysis of three dimensional multiphase flows through the model sump is performed by using the finite volume method of the CFX code with multi-block structured grid systems. A ${\kappa}-{\omega]$ ShearStressTransportturbulencemodelandthe Rayleigh-Plesset cavitation model are used for solving turbulence cavitating flow. From the numerical analysis, several types of vortices are reproduced and their formation, growing shedding and detailed vortex structures are investigated. To reduce abnormal vortices, an anti-vortex device is considered and its effect is investigated and discussed.
Choi, J. W.;Kim, B. S.;Lee, H.;Kim, Y. T.;Lee, Y. H.
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2002.12a
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pp.95-101
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2002
The head-capacity curves for pumps developed by the pump manufacturer are based on tests of a sin91e pump operating in a semi-infinite pool with no nearby walls or floors and no stray currents. Hence, flow into the pump suction is symmetrical with no vortices or swirling. Pump station designers rely on these curves to define the operating conditions for the pump selected. But various constraints such as size, cost, and limitations on storage time require walls, floors, and pump intakes to be close proximity to each other. From this background, the authors are carrying out a systematic study on the flow characteristics of intakes within a sump found within a sump of pump stations. Model pump intake basin is designed and PIV is adopted as a measuring tool to capture the instantaneous flow patterns. Special attention is paid to investigate the flow patterns near the free surface due to different clearances from back-wall to vertical intake pipe with bell mouse and without. Moreover, the locations and vorticities of the various types of vortices that were found in the examinations are discussed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.673-680
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2017
sump pump is a system that draws in water that is stored in a dam or reservoir. They are used to pump large amounts of water for cooling systems in large power plants, such as thermal and nuclear plants. However, if the flow and sump pump ratio are small, the flow rate increases around the inlet port. This causes a turbulent vortex or swirl flows. The turbulent flow reduces the performance and can cause failure. Various methods have been devised to solve the problem, but a correct solution has not been found for low water level. The most efficient solution is to install an anti-vortex device (AVD) or increase the length of the sump inlet, which makes the flow uniform. This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the flow characteristics in a sump pump for different sump inlet lengths and AVD types. Modeling was performed in three stages based on the pump intake, sump, and pump. For accurate analysis, the grid was made denser in the intake part, and the grid for the sump pump and AVD were also dense. 1.2-1.5 million grid elements were generated using ANSYS ICEM-CFD 14.5 with a mixture of tetra and prism elements. The analysis was done using the SST turbulence model of ANSYS CFX14.5, a commercial CFD program. The conditions were as follows: H.W.L 6.0 m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s. The results of analysis by the vertex angle and velocity distribution are as follows. A sump pump with an Ext E-type AVD was accepted at a high water level. However, further studies are needed for a low water level using the Ext E-type AVD as a base.
An experimental study to establish a standard of sump model test of pump station was implemented. Comparison of foreign standard was also performed. Configuration condition around a bell mouth suction intake was easily adjusted by 3-axis traversing system and partition allocation. Operational condition was also varied widely to give accurate test data. PIV was also introduced to produce Quantitative analysis of flow field such as free-surface vortex and submerged vortex occurring in the model test. More detailed vortex behaviors were represented by PIV analysis.
In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, my introduce air into pun, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. This study investigated experimentally the formation of the vortex to understand the mechanism of vortex formation and to prevent the formation of vortex in the sump model using by the model test and PIV tool. Sump model was manufactured to 1/8 scale with the drawing of W intake pumping station. from the results of model test and PIV, the vortex were occurred the in the whole section. Thus, sump model tests with the anti-vortex device might be considered to prevent the formation of vortex in the sump model.
Choi, J. W.;Kim, J. H.;Kim, K. Y.;Kim, Y. T.;Lee, Y. H.
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.5
no.3
s.16
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pp.33-39
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2002
The head-capacity corves for pumps developed by the pump manufacturer are based on tests of a single pump operating in a semi-infinite pool with no nearby walls or floors and with no stray currents. Hence, flow into the pump suction is symmetrical with no vortices or swirling. Pump station designers rely on these curves to define the operating conditions for the pump selected. However, various constraints such as size, cost, and limitations on storage time require walls, floors, and pump intakes to be close proximity to each other. From this background, the authors are carrying out a systematic study on the flow characteristics of intakes within a sump found in pump stations. Model pump intake basin is designed and PIV is adopted as a measuring tool to capture the instantaneous flow patterns. Special attention is paid to investigate the flow patterns near the free surface, side-wall, and back-wall due to different clearances from back-wall to vortical intake pipe. Moreover, the locations and patterns of the various types of vortices that were found in the examinations are discussed.
The efficiency of the flow mixed pump installed within the bell-mouth in the sump is reduced by the flow characteristics of around intakes. Strong submerged vorticies can be successfully suppressed by installing an AVD(anti-submerged vortex device) on the bottom of pump intake channel just below the bell-mouth. Sump model with AVD device basin is designed and the characteristics of submerged vortex is investigated in the flow field by numerical simulation. In this study, a commercial CFD code is used to predict the efficiency of the pump with the AVD installation in the pump station accurately.
Park, Young-Kyu;Li, Kui. Ming.;Choi, Yoon-Hwan;Lee, Yeon-Won
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.9
no.3
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pp.59-64
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2011
In this study the change of free surface vortex is expressed through the time volume fraction using multiphase unsteady condition in sump, because in previous studies of the pump sump did not represent the behavior of the free surface vortex exactly due to the reason it was calculated using single phase and steady condition. The reliability of the computational analysis is verified through comparing experimental results with that of present numerical analysis. Homogeneous free surface model is used to apply interactions of air and water. The results show that the free surface vortex can be identified on the isotropic surface at air volume fraction 1%~5%. The vortices make an air column from the free surface to the sump intake and are created and destroyed repeatedly. The behavior of free surface vortex at numerical analysis is quite similar to experimental test. The result of vortex motion according to time, works on a cycle.
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