شبیه‌سازی پدیده ضربه قوچ با استفاده از مدل‌های آزمایشگاهی و عددی CFD

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

چکیده

ضربه قوچ یکی از پدیده­های مخرب هیدرولیکی است که در جریان­های تحت فشار سیستم­هایی از قبیل ایستگاه­های پمپاژ، خطوط انتقال آب و نفت و تأسیسات برق­آبی به صورت امواج فشاری ایجاد می­شود. نظر به اهمیت بررسی دقیق ضربه قوچ در شبکه­های لوله­کشی و خطوط انتقال مایعات، در تحقیق حاضر این پدیده با استفاده از مدل آزمایشگاهی و مدل عددی برای دو حالت با استفاده از لوله موج­گیر و بدون آن مورد بررسی قرار گرفت. داده­های جمع­آوری شده از مدل آزمایشگاهی به ازای دبی­های مختلف در بازه­های زمانی دلخواه با نتایج حاصل از مدل عددی CFD مقایسه گردید. با توجه به کارآیی نرم­افزار FLUENT در شبیه­سازی حرکت سیالات و اندرکنش آب و سازه، پس از تعیین بهترین شبکه و بهترین مدل آشفتگی، پدیده مذکور در حالت خاص قطع ناگهانی شیر فلکه با استفاده از مدل حجم سیال شبیه­سازی گردید. لازم به ذکر است که پس از آزمون مدل­های آشفتگی k-ε و RSM مدل k-ε REALIZABLE به عنوان بهترین مدل شناخته شد. در نهایت با استفاده از پارامترهای آماری R2، RMSE و RE نتایج حاصل از مدل عددی با مدل آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج بدست آمده نشان می­دهد مدل عددی CFD در شبیه­سازی پدیده ضربه قوچ از قابلیت بالایی برخوردار بوده و می­توان از آن به عنوان یک مدل عددی مناسب جهت محاسبه مقادیر فشارهای حداکثر و حداقل بهره برد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Water Hammer Simulation Using Experimental and CFD Numerical Models

نویسندگان [English]

  • MR Nikpour
  • A Hosseinzadeh Dalir
  • AH Nazemi
  • F Salmasi
  • D Farsadizadeh
چکیده [English]

Water hammer is one of the destructive hydraulic phenomena that occurs in the form of pressure waves in the Pressurized fluid flow systems such as pumping stations, water and oil pipe lines, and hydro-electric installations. Due to importance of water hammer and its destructive effect on pipeline networks, this phenomenon was studied in this investigation by using experimental and numerical models considering two different cases, with and without surge pipe. Data collected for different discharges in arbitrary time intervals were compared with results of CFD numerical model. After determining the optimum network and proper turbulence model the effect of unexpected stopping of water valve on fluid motion and reaction between water and structure was simulated using Fluent software. After testing k-ε and RSM turbulence models, the k-ε Realizable modelfound to be the best model. Finally, the results of the numerical model were compared with those of experimental model using the statistical analysis, R2, RMSE and RE. The results showed a good agreement between CFD numerical model and experimental model. So CFD model can be used as a suitable numerical model for computing maximum and minimum pressure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CFD
  • Fluent
  • Optimum network
  • Surge pipe
  • Turbulence model
  • Water hammer
آشفته ج و پزشکی­نژاد ع، 1369. هیدرولیک کاربردی جریان­های میرا. جلد اول، انتشارات دهخدا، تهران.
حسن­زاده ی، ابریشمی ج و زمانیان ج، 1382. بررسی روش­های کنترل فشارهای ماکزیمم و مینیمم ناشی از پدیده ضربه قوچ در ایستگاه پمپاژ فشار قوی، صفحه­های 679-668. مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس دینامیک شاره­ها، دانشگاه تبریز، تبریز.
حسنی الف، 1380. بررسی روش­های مناسب کنترل امواج فشاری ناشی از پدیده ضربه قوچ در ایستگاه پمپاژ (مطالعه موردی: ایستگاه پمپاژ بوشهر). پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده عمران، دانشگاه تبریز.
Anderson D, Tannehill J and Pletcher R, 1997. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. Second edition, Taylor & Farncis Publishers, PhiladelphiaUSA.
Anonymous, 2006. Fluent 6.2 User’s Guide. Fluent Inc group.
Jung B and Karney W, 2006. Hydraulic optimization of transient protection devices using GA and PSO approaches. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 132(1): 44-52.
Kim S, 2008. Impulse response method for pipeline systems equipped with water hammer protection devices. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 134(7): 961-969.
Lingridy S, Funk JE and Wang H, 2000. Genetic algorithm in optimizing transient suppression device. Pp. 205-211.Proceeding of the 20th International Conference on Water Resources Engineering and Water Resources Planning and Management.Visakapatnam, India.
Streeter VL and Wylie EB, 1993. Fluid Transient in Systems. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.
Stephenson D, 2002. Simple guide for design of air vessels for water hammer protection of pumping lines. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 128(8): 792-797.