شبیه‌سازی عددی ضربه قوچ ناشی از بستن سریع شیر در سیالات مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه اراک

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک

چکیده

در این مقاله، ضربه قوچ ناشی از بستن سریع شیر در یک خط لوله با استفاده از حل عددی معادلات پیوستگی و اندازه حرکت شبیه‌سازی شده است. شبیه‌سازی برای یک روغن با لزجت زیاد و برای آب انجام شده است. رژیم اولیه در جریان آب آشفته و در جریان روغن، آرام بوده است. نتایج به‌دست آمده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و برای هر دو جریان، تطابق خوبی میان نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی در زمان‌های مختلف به دست آمده است. کانتورهای سرعت سیال در زمان‌های مختلف، دو ناحیه با رفتار متفاوت را در جریان گذرا نشان داده است. ناحیه مجاور جداره لوله و ناحیه محور لوله. در ناحیه مجاور لوله تاثیرات لزجت سیال غالب بوده، گرادیان‌های سرعت بزرگتر است و تغییرات سرعت سریعتر رخ می‌دهد. در حالیکه ناحیه محور لوله تحت تاثیر نیروهای اینرسی سیال است. با کاهش لزجت و افزایش عدد رینولدز، ناحیه محور لوله بزرگتر می‌شود. همچنین مطالعه پارامتری انجام شده و تأثیر پارامترهای مختلف بر شدت ضربه قوچ مطالعه شده است. نتایج به‌دست آمده نشان داده که می‌توان با کاهش ضخامت و طول لوله، کاهش دبی جریان، و یا استفاده از لوله با مدول الاستیسیته کمتر، شدت ضربه قوچ را به میزان قابل توجهی کاهش داد. به‌طور مثال با کاهش طول لوله از 60 متر به 18 متر، شدت ضربه قوچ 11 درصد کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

CFD NUMERICAL SIMULATION OF WATER HAMMER IN VARIOUS FLUIDS DUE TO A FAST VALVE CLOSURE

نویسندگان [English]

  • Rafat Mohammadi 1
  • Mohammad Aghaei 2
1 Assistant Professor, Arak University
2 Masters student, Arak University
چکیده [English]

In this paper, the water hammer resulting from the fast closure of the valve in a pipeline is simulated using numerical solution of continuity and Navier-Stokes equations. Simulation has been performed for a high-viscosity oil and for water. The initial flow regime for water is turbulent and for the oil is laminar. The obtained results are compared with the experimental results and for both fluids, a good agreement between the simulation and experimental results at different times is obtained. Velocity contours at different times show two regions with different behavior in transient flow. The wall region and the pipe core region. In the wall region, the effects of fluid viscosity are dominant, the velocity gradients are sharper, and flow changes more rapidly. While the pipe core region is affected by fluid inertial forces. As the fluid viscosity decreases and the Reynolds number increases, the core region becomes larger. In addition, a parametric study has been conducted and the effect of different parameters on water hammer has been studied. The results show that by reducing the thickness or length of the pipe, reducing the mass flow rate, or using a pipe with a lower elastic modulus, the water hammer effects can be significantly reduced. For example, by reducing the length of the pipe from 60 meters to 18 meters, the maximum pressure decreases by 11%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • water hammer
  • Transient Flow
  • compressible flow
  • numerical simulation
  • Pressure Waves