تحلیل شبه دوبعدی ستون جدایش و بررسی رشد حباب ها در ضربه قوچ

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فسا، فسا، ایران

2 دانشگاه فسا

چکیده

در مقاله حاضر، ستون جدایش در لوله‌های پر فشار تحت تاثیر وقوع ضربه قوچ بصورت عددی با استفاده از مدل-های یک بعدی و شبه دو بعدی گسسته حفره گازی مورد مطالعه و بررسی قرار داده میشود. مدل یک بعدی برپایه روش مشخصه‌ها مدلسازی شده و از مجموع اصطکاک ناماندگار برونون و اصطکاک شبه ماندگار برای شبیه سازی استهلاک انرژی استفاده می‌شود. در مدل پیشنهادی شبه دوبعدی، از معادلات مشخصه در راستای محور خط لوله و از معادلات تفاضل محدود در راستای شعاع برای مدل سازی ضربه قوچ استفاده شده و سپس با معادلات حاکمه مدل گسسته حفره گازی کوپل شده و مدل آشفتگی پنج لایه نیز برای شبیه سازی استهلاک انرژی بکار گرفته می‌شود. همچنین دینامیک رشد حباب‌ها و روند تغییرات دما و فشار درون حباب‌ها با استفاده از معادله رایلی-پلست نیز مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرد. از مطالعه نتایج مدل‌ها مشاهده می‌شود که مدل شبه دو بعدی در محاسبه استهلاک انرژی بویژه در سیکل‌های پایانی ضربه قوچ موفق‌تر عمل کرده است.

کلیدواژه‌ها


Adamkowski, A. and Lewandowski, M. (2009). A new method for numerical prediction of liquid column separation accompanying hydraulic transients in pipelines. J. Fluids Eng., 131, 071302.
Adamkowski, A. and Lewandowski, M. (2012). Investigation of hydraulic transients in a pipeline with column separation. J. Hyd. Eng., 138, 935–944.
Bergant, A. and Simpson, A.R. (1999). Pipeline column separation flow regimes. J. Hydraulic Eng. 125, 835–848.
Bergant, A. and Simpson, A.R. (1994). Estimating unsteady friction in transient cavitating pipe flow. In Water pipeline systems, edited by D. S. Miller, 3-16.  London, UK: Mechanical Engineering Publication Limited.
Brunone, B. Golia, U.M. and Greco, M. (1991). Modelling of fast transients by numerical methods. in: Proc. Int. Conf. on Hydr. Transients with Water Column Separation. 273–280.
Daily, J.W. Hankey, W.L. Olive, R.W. and Jordaan, J.M. (1956). Resistance coefficients for accelerated and decelerated flows through smooth tubes and orifices. Trans. ASME 78, 17.
Ghidaoui, M.S. Zhao, M. McInnis, D.A. and Axworthy, D.H. (2005). A review of water hammer theory and practice. Applied Mechanics Reviews. 58, 49–76.
Hilgenfeldt, S. Brenner, M.P. Grossmann, S. and Lohse, D. (1998). Analysis of rayleigh-plesset dynamics for sonoluminescing bubbles, J. Fluid Mechanics, 365, 171-204.
Kim, H. and Kim, S. (2019). Two dimensional cavitation waterhammer model for a reservoir-pipeline-valve system. J. Hydraulic Res. 57, 327–336.
Pezzinga, G. and Cannizzaro, D. (2013). Analysis of transient vaporous cavitation in pipes by a distributed 2D model, J. Hydraulic Eng. 140, 04014019.
Santoro, V. Crimì, A. and Pezzinga, G. (2018). Developments and limits of discrete vapor cavity models of transient cavitating pipe flow: 1d and 2d flow numerical analysis. J. Hydraulic Eng. 144, 04018047.
Simpson, A.R. and Bergant, A. (1994). Numerical comparison of pipe-column-separation models. J. Hydraulic Eng. 120, 361–377.
Soares, A.K. Covas, D.I. and Carriço, N.J. (2012). Transient vaporous cavitation in viscoelastic pipes. J. Hydraulic Res. 50, 228–235.
Tomita, Y. and Shima, A. (1986). Mechanisms of impulsive pressure generation and damage pit formation by bubble collapse. J. Fluid Mechanics, 169, 535-564.
Vardy, A.E. and Hwang, K.L. (1991). A characteristics model of transient friction in pipes, J. Hydraulic Res. 29, 669–684.
Wylie, E.B. (1984). Simulation of vaporous and gaseous cavitation, J. Fluids Eng. 106, 307–311.
Wylie, E.B. and Streeter, V.L. (1993). Fluid transients in systems. Prentice Hall.
Zielke, W. Perko, H.D. and Keller, A. (1989). Gas release in transient pipe flow. In: Proceedings of the Sixth International Conference on Pressure Surges, BHRA, Cambridge, UK. 3–13.