بررسی عوامل تاثیر گذار بر روی فشارهای ناشی از پرکردن خطوط لوله‌ با استفاده از مدل عددی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 متخصص هیدرولیک و مدیرعامل

چکیده

تعمیرات در خطوط لوله امری اجتناب ناپذیر است. جهت انجام تعمیرات در بخشی از خطوط لوله، نیاز به قطع جریان و سپس پرکردن مجدد آن است. نحوه پرکردن لوله بسیار مهم بوده و عدم وجود یک دستورلعمل بهره‌برداری مناسب می‌تواند منجر به تخریب خط لوله گردد. بعلاوه جهت اعمال یک دستورالعمل بهره‌برداری نیاز است که اندازه، نوع و محل تجهیزات هیدرومکانیکال در زمان مطالعات تعیین گردد. این‌گونه اطلاعات معمولا براساس انجام مطالعات هیدرولیکی دقیق بر روی سناریوهای مختلف بهره‌برداری قابل حصول بوده که متاسفانه در زمان مطالعات و طراحی از آن صرف‌نظر می‌گردد. در این مقاله یک مدل ریاضی یک بعدی جهت مدل‌سازی فرآیند پرکردن خطوط لوله معرفی شده است. پس از صحت‌سنجی، این مدل به‌عنوان ابزاری جهت شناسایی عوامل موثر بر فرآیند پرکردن لوله استفاده شده‌است. مدل مذکور قابلیت شبیه‌سازی جریان گذرا ایجاد شده در زمان پرکردن لوله را داشته و قادر است که جدایی ستون آب را مدل‌سازی ‌نماید. حل عددی معادلات توسط روش مشخصه و جدایی ستون آب توسط روش حفره گاز منقطع مدل‌سازی شده است. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان می‌دهند که نبود یک برنامه بهره‌برداری دقیق و عدم وجود تجهیزات هیدرومکانیکال با سایزهای مناسب می‌تواند منجر به ایجاد فشارهای مثبت و منفی مخرب در خط لوله گردد. همچنین از نتایج برمی‌آید که بدون تعبیه یک کنارگذر با سایز مناسب نمی‌توان از وقوع فشار منفی در خط لوله جلوگیری کرده و بدون مشارکت یک شیر هوا که قطر روزنه آن به ‌دقت انتخاب شده‌باشد امکان کنترل بهینه فشارهای مثبت در خط ممکن نخواهدبود.

کلیدواژه‌ها


Abreu, J., Cabrera, E., Izquierdo, J. and García-Serra, J. (1999). Flow Modeling in Pressurized Systems Revisited. Journal of Hydraulic Engineering. 125(11), 1154–1169.
Cabrera, E., Abreu, J., Pérez, R. and Vela, A. (1992). Influence of Liquid Length Variation in Hydraulic Transients. Journal of Hydraulic Engineering. 118(12), 1639–1650.
Chaudhry, M.H. (1979). Applied hydraulic transients. Springer, 583p.
Coronado-Hernández, Ó.E., Besharat, M., Fuertes-Miquel, V.S. and Ramos, H.M. (2019). Effect of a Commercial Air Valve on the Rapid Filling of a Single Pipeline: A Numerical and Experimental Analysis, Water. 11(9), 1814.
Daneshfaraz, R., Dastgiri, S., Ali Nejad, B. and Besharat, M. (2020). Investigation of the Behavior 2D of Trapped Air in the Water Conveyance Systems During Rapid Filling or Emptying Process, J. of Water and Wastewater. 31(4), 156–171. (In Persian)
Duan, H.-F., Ghidaoui, M.S., Lee, P.J. and Tung, Y.K. (2012). Relevance of Unsteady Friction to Pipe Size and Length in Pipe Fluid Transients. Journal of Hydraulic Engineering. 138(2), 154–166.
Falvey, H.T. (1980). Air-Water Flow in Hydraulic Structures. Engineering Monograph No. 41, United States Department of the Interior, Water and Power Resources Service, 143p.
Fuertes-Miquel, V.S., Coronado-Hernández, O.E., Mora-Meliá, D. and Iglesias-Rey, P.L. (2019). Hydraulic modeling during filling and emptying processes in pressurized pipelines: a literature review. Urban Water Journal. 16(4), 299–311.
Jönsson, L. (1985). Maximum transient pressures in a conduit with check valve and air entrainment. Proc. Int. Conf. on the Hydraulics of pumping stations, 55–76.
Lee, N.H. (2005). Effect of Pressurization and Expulsion of Entrapped Air in Pipelines, PhD Thesis, University of Georgia, 149p.
Lescovich, J.E. (1972). Locating and Sizing Air-Release Valves. Journal of the American Water Works Association. 64(7), 457–461.
Liou, C.P. and Hunt, W.A. (1996). Filling of pipelines with undulating elevation profiles, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 122(10), 534–539.
Maddahian, R., Shaygan, F. and Bucur, D.M. (2021). Developing a 1D-3D model to investigate the effect of entrapped air on pressure surge during the rapid filling of a pipe. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Earth Environ. Sci. 774, 012069.
Malekpour, A. and Karney, B. (2014). Understanding of the Risks of High Pressures Following Rapid Pressurization in Pipelines Containing Entrapped Air Pockets: A Novel Energy Auditing Approach. Volume 4: Production Pipelines and Flowlines; Project Management; Facilities Integrity Management; Operations and Maintenance; Pipelining in Northern and Offshore Environments; Strain-Based Design; Standards and Regulations, American Society of Mechanical Engineers, 1–10, https://doi.org/10.1115/IPC2014 -33616.
Malekpour, A. and Karney, B.W. (2011). Rapid Filling Analysis of Pipelines with Undulating Profiles by the Method of Characteristics. ISRN Applied Mathematics, 2011, 1–16.
Malekpour, A. and Karney, B.W. (2019). Complex interactions of water, air and its controlled removal during pipeline filling operations. Fluid Mechanics research International Journal. 3(1), 4–15.
Martin, C.S. (1976). Entrapped air in pipelines, Proceedings of the 2nd International Conference on Pressure Surges, London.
Martins, N.M.C., Delgado, J.N., Ramos, H.M. and Covas, D.I.C. (2017). Maximum transient pressures in a rapidly filling pipeline with entrapped air using a CFD model. Journal of Hydraulic Research. 55(4), 506–519.
Lee, N.H. (2005). Effect of pressurization and expulsion of entrapped air in pipelines. PhD Thesis, Georgia Institute of Technology.
Ramezani, L., Karney, B. and Malekpour, A. (2015). The Challenge of Air Valves: A Selective Critical Literature Review. Journal of Water Resources Planning and Management. 141(10), 04015017.
Simpson, A.R. and Bergant, A. (1994). Numerical Comparison of Pipe‐Column‐Separation Models. Journal of Hydraulic Engineering. 120(3), 361–377.
Staff, A. (2001). Air Release, Air/Vacuum Valves and Combination Air Valves (M51). American Water Works Association.
Vasconcelos, J.G. and Leite, G.M. (2012). Pressure Surges Following Sudden Air Pocket Entrapment in Storm-Water Tunnels. Journal of Hydraulic Engineering. 138(12), 1081–1089.
Vasconcelos, J.G. and Wright, S.J. (2008). Rapid Flow Startup in Filled Horizontal Pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 134(7), 984–992.
Wang, L., Wang, F., Karney, B. and Malekpour, A. (2017). Numerical investigation of rapid filling in bypass pipelines. Journal of Hydraulic Research. 55(5), 647–656.
Wylei, E.B. and Streeter, V.L. (1978). Fluid Tranients in Systems, McGraw-Hill International Book Co., 401 p.
Zhou, F., Hicks, F.E., and Steffler, P.M. (2002). Transient Flow in a Rapidly Filling Horizontal Pipe Containing Trapped Air. Journal of Hydraulic Engineering. 128(6), 625–634.
Zhou, L., Cao, Y., Karney, B., Vasconcelos, J.G., Liu, D. and Wang, P. (2021). Unsteady friction in transient vertical-pipe flow with trapped air. Journal of Hydraulic Research. 59(5), 820–834.
Zhou, L., Liu, D., and Karney, B. (2013). Investigation of Hydraulic Transients of Two Entrapped Air Pockets in a Water Pipeline. Journal of Hydraulic Engineering. 139(9), 949–959.
Zhou, L., Liu, D., Karney, B. and Zhang, Q. (2011a). Influence of Entrapped Air Pockets on Hydraulic Transients in Water Pipelines. Journal of Hydraulic Engineering. 137(12), 1686–1692.
Zhou, L., Liu, D. and Ou, C. (2011b). Simulation of Flow Transients in a Water Filling Pipe Containing Entrapped Air Pocket with VOF Model. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 5(1), 127–140.
Zhou, L., Wang, H., Karney, B., Liu, D., Wang, P. and Guo, S. (2018). Dynamic Behavior of Entrapped Air Pocket in a Water Filling Pipeline. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 144(8), 04018045.