基準個案分析

為了快速建立幫浦在轉速1750rpm下的性能曲線，本文先將幫浦的吸入 口及吐出口的邊界條件設定為相對壓力0pa，模擬流體自由進出幫浦時固定 轉速下幫浦可提供之最大出口流量；經由數值運算之結果，可得知幫浦於入

口流速為4.58m /s時，可提供最大出口流量Q_max為1191l/min。進一步再給予 不同之入口流速v＜4.58m /s(即入口流量 QQ_max)來設定吸入口的邊界條 件，而吐出口之邊界條件則設定為相對壓力為0pa，經數值運算可得幫浦在 1750rpm轉速下，不同流量之流場及性能。

圖4-8 和圖4-9 分別是幫浦流量為1191l/min整體流場壓力和速度分佈 圖。離心式水幫浦於運作時，葉輪內的水受到葉片的推動而與葉片共同旋 轉，藉由旋轉而產生的離心力使流體由軸心向外運動，並獲得動量增量。在 葉輪外周，流體被甩出至蝸形流道中；於是，流體的速度降低，部分動能被 轉換成壓力能，從而克服排出管道的阻力不斷外流。葉輪吸入口處的流體因 向外甩出而使吸入口處形成低壓(或真空)，因而流體在大氣壓力作用下源源 不斷地壓入葉輪的吸入口，形成連續的抽送作用。從壓力圖可發現在吸入口 處形成低壓，且葉輪內的壓力隨著與軸心距離提高，在蝸道中產生昇壓的現 象，由於葉片出口速度較大，壓力較小，當接近蝸型壁時受到固體邊界的影 響使得動能轉成壓力能，使蝸型壁壓力增加，這情形可由圖4-9觀察到葉片 出口速度大於蝸型壁處之速度而得到佐證。此外，因蝸形管道出口於距離軸 56mm、角度332.1°處，故葉片1與葉片6間大部分流體經由葉輪被甩出後會流 向幫浦出口，導致幫浦出口流場的壓力與速度受到擾到，導致幫浦出口右側 壁面上流速較大且承受較大的壓力，而幫浦出口左側壁面則流速較小壓力較 小，其出口平均靜壓為 7374 Pa，垂直出口有效流速為3.68m /s。

圖 4-8 幫浦流量 1191l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-9 幫浦流量 1191l/min整體流場速度分佈圖

在 個 別 流 場 分 析 方 面 ， 本 文 分 析 之 幫 浦 流 量 分 別 為 813 l/min 、 678l/min、583l/min、270l/min、5l/min等五組流場，主要觀查不同流量下，

所造成的壓力流場及速度流場之變化情形。

圖 4-10 和 圖 4-11 分別是幫浦流量813l/min整體流場壓力和速度分 佈圖。從壓力圖可發現在吸入口處仍形成低壓且不斷地吸入流體，葉輪內的 壓力隨著與軸心距離逐漸提高，且流體在蝸形管道中仍呈現減速增壓的現 象，但相較於流量1191l/min時較為趨緩；受到幫浦出口位置影響，葉片1與 葉片6間大部份流體經由葉輪被甩出後直接流向幫浦出口，故幫浦出口右側 之流速與壓力都大於幫浦出口左側之流速及壓力，幫浦出口平均靜壓為6721 Pa，垂直出口有效流速為2.7m /s。

圖 4-12 和圖 4-13 分別是幫浦流量678l/min整體流場壓力和速度分 佈圖。從壓力圖可發現，隨著入口流速降低(流量減少)，吸入口處形成的低 壓越大，且葉輪內的壓力隨著與軸心距離提高之現象明顯趨緩；葉片間流體 的速度因入口流量減少而降低，亦導致蝸型流道中減速增壓的範圍減少。在 幫浦出口處的壓力及速度，葉片1與葉片2間之的流體經由葉輪出口流出後會 直接流向幫浦出口，受到背壓及出口面積漸擴之影響下，水之速度能轉換成 壓力能，壓力集中在出口處，其出口平均靜壓為6426 Pa，垂直出口有效流 速為2.25m/s。

圖 4-10 幫浦流量 813l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-11 幫浦流量 813l/min整體流場速度分佈圖

圖 4-12 幫浦流量 678l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-13 幫浦流量 678l/min整體流場速度分佈圖

圖 4-14 和圖 4-15 分別是幫浦流量583l/min整體流場壓力和速度分 佈圖。從壓力圖可發現吸入口處形成的低壓範圍隨著流量減少逐漸擴大，而 葉輪內的壓力隨著與軸心距離提高的更為趨緩；葉輪內流體的速度受到入口

流量減少而降低，導致流體在蝸型流道中減速增壓的區域更少。葉輪內的流 體部分經由葉片1與葉片2間向幫浦出口流出，其餘部分則經由漸擴的蝸型流 道向幫浦出口處流出，此外，亦受到幫浦出口背壓的影響，壓力與速度集中 在出口右側處，其出口平均靜壓為 6222 Pa ，垂直出口有效流速為1.94m/s。

圖 4-14 幫浦流量 583l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-15 幫浦流量 583l/min整體流場速度分佈圖

圖 4-16 和圖 4-17 分別是幫浦流量270l/min整體流場壓力和速度分 佈圖。幫浦出口在背壓逐漸降低下，水在蝸型流道中減速增壓的區域明顯減 少，壓力能量轉換成速度能量，流體可在幫浦出口處順暢排出，此時出口靜 壓最小，出口速度最大，其出口平均靜壓為 5505 Pa，垂直出口有效流速 0.90m/s。。

圖 4-16 幫浦流量 270l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-17 幫浦流量 270l/min整體流場速度分佈圖

圖 4-18 和圖 4-19 分別是幫浦流量5l/min整體流場壓力和速度分佈 圖。從壓力圖可知壓力僅在接近葉輪出口至蝸型流道隨著軸心距離緩慢增 加；受到入口流量減少，水的流速則呈現幫浦出口在背壓影響較小之下，流 體在蝸型流道中，壓力能量轉換成速度能量，流體可在幫浦出口處順暢排 出，此時出口靜壓變小，出口速度最大，其出口平均靜壓為4779 Pa，垂直 出口有效流速為0.0183m /s。

圖 4-18 幫浦流量 5l/min整體流場壓力分佈圖

圖 4-19 幫浦流量 5l/min整體流場速度分佈圖

4.2.1 基準個案性能曲線

入口角28˚、入口角20˚、葉片數7之PQ-curve

-200 0 200 400 600 800 1000 1200

Q

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 Q