مدلسازی عددی همزمان ضربه قوچ و جدار خوردگی (حفره زدایی) در لوله

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی تهران جنوب،واحد آزاد

2 - کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران، ایران

10.30482/jhyd.2021.291024.1535

چکیده

جریان گذرا در هنگامی که پدیده ها با زمان تغییر می کنند رخ می دهند و ضربه قوچ نیز یکی از این پدیده ها می باشد. از آنجائیکه پدیده ضربه قوچ یک پدیده زودگذر و میرا است، بنابراین می‌توان آنرا جریان غیرماندگار میرایی نامید، که بین دو رژیم جریان روی می دهد. در این پژوهش، به منظور بررسی پدیده ضربه قوچ همراه با کاویتاسیون یک مدل جریان در لوله ها در فضای دو بعدی (شبه دو بعدی) توسعه داده شده است. این مدلسازی عددی در سیستم مختصات استوانه ای انجام گرفته و برای حل معادلات از روش حل عددی اجزا محدود استفاده شده است. جهت صحت‌سنجی مدل سازی عددی تمام مراحل بالا با استفاده از مدل آزمایشگاهی Pezzinga مورد بررسی قرار گرفته است. روند کلی و نتایج به دست آمده در این پژوهش دو دو مرحله صورت گرفته است. مرحله اول مربوط به یافتن بهترین مدل است و مرحله دوم جهت مقایسه بین نتایج مدل‌سازی عددی که در متلب صورت گرفته بهترین مدل و نتایج آزمایشگاهی آرایا می‌باشد. جهت یافتن بهترین مدل، شرایط آزمایشگاهی آرایا در هر دو مدل ANSYS و Fluent مدل‌سازی شده و نتایج خروجی مبنای انتخاب بهترین مدل در نظر گرفته شده است. نتایج خروجی نشان دهنده آن است که مدل ساخته شده در Fluent بیشترین نزدیکی را به نتایج آزمایشگاهی دارد. در مرحله دوم مدل‌سازی عددی صورت گرفته در نرم‌افزار MATLAB با بهترین مدل انتخاب شده و شرایط آزمایشگاهی آرایا صورت گرفته است. در این مرحله نیز هر سه نتایج قرابت نزدیکی به هم داشتند.

کلیدواژه‌ها


Bergant, A. and Simpson, A.R. )1994(. Estimating unsteady friction in transient cavitating pipe flow. In: Miller, D.S. (ed.), Water Pipeline Systems, Mechanical Engineering Publications, London, pp. 3–16.
Bergant, A. and Simpson, A.R. (1999). Pipeline column separation flow regimes. Journal of Hydraulic Engineering, 125(8), 835–848.
Zielke, W. (1968). Frequency-Dependent Friction in Transient Pipe Flow. Journal of Basic Engineering, 90(1), 109-115.
Geng, J., Yuan, X.-I., Li, D. and Du, G.-S. (2017) Simulation of cavitation induced by water hammer, Journal of Hydrodynamics, 29, 972–978.
Ghidaoui, M.S., Zhao, M., McInnis, D.A., and Axworthy, D.H. (2005). A review of water hammer theory and practice, Appl. Mech. Rev., 58(1), 49-76.
Guinot, V. (2002). Riemann solvers for water hammer simulations by Godunov method. Int. J. Numerical Methods Eng., 49, 851-870.
Lee, T.S. )1991(. Numerical computation of fluid pressure transients in pumping installations with air entrainment. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 12, 747–793.
Lee, J.J., Schwartz, P., Sylvester, P., Crane, L., Haw, J., Chang, H., and Kwon, H.J. (2003). Impacts of cross-connections in North American water supplies. Technical Rep. No.90928. AWWA Research Foundation, Denver, Colo.
Kwon, H.J. (2005). Transient flow in water distribution system, Ph.D. thesis, Univ. of Southern California, Los Angeles.
Kwon, H.J. and Lee, J.J. (2005). The role of backflow prevention assemblies in transient flow. ABPA News. 18(6), 13-14.
Kwon, H.J. and Lee, J.J. (2008). Computer and experimental models of transient flow in pipe involving backflow preventers. J. Hydraulic Eng., ASCE, 134(4), 426-434.
McInnis, D. and Karney, B.W. (1995). Transients in distribution networks: Field tests and demand models. J. Hydraulic Eng. ASCE, 121(3), 218-231. 
Modica, S. and Pezzinga, G. (1992). Spline interpolation for water hammer analysis. J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 117(10),1332-1369.
Pezzinga, G. (1992). Quasi-2D Model for Unsteady Flow in pipe Networks, Journal of Hydraulic Engineering, 125(7), 676-685.
Pezzinga, G. (1999). Quasi-2D Model for Unsteady Flow in pipe Networks, Journal of Hydraulic Engineering, 125(7), 676-685,
Pezzinga, G. (2003). Second viscosity in transient cavitating pipe flows, J. Hydraul. Res., 41(6), 656-665.
Rosselló, J.M., Urteaga. R. and Bonetto, F.J. (2018). A novel water hammer device designed to produce controlled bubble collapses, Experimental Thermal and Fluid Science, 92, 46–55.
Sadafi, M., Raisi, A., and Nourbakh, S.A. (2012). Cavitating flow during water hammer using a generalized interface vaporous cavitation model, Journal of Fluids and Structures, 34, 190–201.
Silva-Araya, W. (1993). Energy Dissipation in Transient Flow, Ph.D. Dissertation, Washington State University, Washington.
Simpson, A.R. )1986(. Large Water Hammer Pressures due to Column Separation in a Sloping Pipe. Ph.D. Thesis. University of Michigan, Ann Arbor, MI.
Streeter, V.L. )1983(. Transient cavitating pipe flow. Journal of Hydraulic Engineering, 109, 1408–1423.
Wardy, S. and Wang, B. (1999). Fluid Transient in Systems, Prentice-Hall, inc, Edition 3, New York.
Washio, S. (2014). Recent developments in cavitation mechanisms: A guide for scientists and engineers, Woodhead Publishing.