مدل‌سازی عددی ورود هوا به آب شفت قائم

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی/مهندسی عمران/دانشکده فنی/دانشگاه تهران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه تهران

چکیده

شفت قائم اغلب در سیستم‌های زهکشی شهری استفاده می‌شود، وظیفه آن انتقال عمودی آب از سطحی بالاتر به پایین‌تر است. این مطالعه به بررسی رفتار شفت قائم اصلاح شده به‌وسیله شفت هوا و مقایسه با حالت اصلی پرداخته است. برای ساخت مدل هندسی از نرم‌افزار سالومه استفاده و حل هیدرولیکی توسط اپن‌فوم انجام گردید و برای استخراج و نمایش داده‌های خروجی نرم‌افزار پاراویو به‌کار گرفته شد. از مهم‌ترین مسائل مربوط به شفت قائم، ورود هوا از محیط بیرونی به داخل شفت و انتقال آن به سمت لوله‌های متصل به شفت است. تحقیق بر روی 8 شدت جریان ورودی آب انجام شده و مقدار هوای ورودی، مقدار هوای گردش یافته توسط شفت هوا و مقدار فشار هوا در نقاط مختلف شفت محاسبه شد. با افزایش شدت جریان مقدار هوای ورودی به شفت افزایش یافته ولی مقدار تقاضای هوا با افزایش شدت جریان بی بعد از 014/0 تا 17/0 به میزان 85 درصد کاهش می‌یابد. فشار هوای منفی داخل شفت با افزایش شدت جریان بیش‌تر می‌شود بدین صورت که در شدت جریان 9/3 لیتر بر ثانیه ماکزیمم فشار منفی قرائت شده در محدوده بررسی شده 100- پاسکال بوده ولی در شدت جریان 8/48 این عدد حدودا 500- محاسبه شده است. با مقایسه شفت قائم اصلاح شده و بدون شفت هوا می‌توان دریافت که در شدت جریان‌های برابر مقدار هوای وروی به شفت به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد، این کاهش در شدت جریان‌های بالا مشهودتر است همچنین فشار هوای منفی داخل شفت در وجود شفت هوا به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


  1. Anderson Jr., J.D. (2010). Fundamentals of aerodynamics, Tata McGraw-Hill Education.

    ANSYS Fluent Inc. (2006) Fluent 6.3 User’s Manual. Fluent Inc. Centrera Resource Park, 10 Cavendish Court, Lebanon, USA.

    Camino. A.G., Zhu. D.Z., and Rajaratnam. N. (2014). Flow observations in tall plunging flow dropshafts, Journal of Hydraulic Engineering, 141(1), 06014020.

    Carvalho. I., Heitor M.V. and Santos, D. (2002). Liquid film disintegration regimes and proposed correlations, International Journal of Multiphase Flow, 28(5), 773-789.

    1. Online. (2016). Available: http://www.cfd-online.com

    Deshpande. S.S., Anumolu. L. and Trujillo. M.F. (2012). Evaluating the performance of the two-phase flow solver interFoam, Computational Science & Discovery, 5(1), 014016.

    Falvey, H. (1980). Air-water Flow in Hydraulic Structures. ASA STI/Recon Technical Report I.

    Jaeger, J., Santos, C.M., Rosa, L.M., Meier, H.F. and Noriler, D. (2018). Experimental and numerical evaluation of slugs in a vertical air–water flow, International Journal of Multiphase Flow, 101, 152-166.

    Lopes, P. (2013). Free-surface flow interface and air-entrainment modelling using OpenFOAM, Thesis Project in Hydraulic, Water Resources and Environment Doctoral Program in Civil Engineering, The Department of Civil Engineering FCTUC accepts no responsibility for the use of information presented.

    Ma, Y., Zhu, D.Z. and Rajaratnam, N. (2016). Air entrainment in a tall plunging flow dropshaft, Journal of Hydraulic Engineering, 142(10), 04016038.

    Ma, Y., Zhu. D.Z., Yu, T. and Liu, Y. (2018). Assessing the effectiveness of an airshaft for dropshaft air re-circulation and depressurization, Journal of Hydro-Environment Research, 18, 49-62.

    Mahmoudi-Rad, M. and Najafzadeh, M. (2021). Air entrainment mechanism in the vortex structure: Experimental study. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(5), 04021007.

    O.S. Consulting. (2014). Boundary Conditions- OpenFOAM: NESTfoam, p. 129. [Online].

    Wang, X., Zhang, J., Yu, X. and Chen, S. (2017). Numerical Study on Two-Phase Flow Patterns in Vortex Dropshaft, in ASME 2017 Fluids Engineering Division Summer Meeting, pp. V01CT16A008-V01CT16A008: American Society of Mechanical Engineers.

    Wei, J., Ma, Y., Zhu, D.Z. and Zhang, J. (2018). Experimental study of plunging-flow dropshafts with an internal divider for air circulation, Journal of Hydraulic Engineering, 144(9), 06018011.