اثر منحني بستن شير و مدل اصطكاك نا مانا در استهلاك نوسانات فشاري در يك شبكه لوله

Effects of Valve Closing Law and Unsteady Friction Model on Damping Pressure Waves in a Network

آنچه به نام ضربه قوچ در شبكه هاي خط لوله شناخته مي شود، شرايط گذرايي است كه ممكن است به علت تغييرات سريع در شيرها، راه اندازي يا متوقف شدن پمپها و تغيير بار مصرفي توربينها رخ دهد. در اين حالت اغتشاشات وارده با سرعت صوت به صورت موج فشاري مثبت يا منفي در سيستم حركت كرده و به علت تنش برشي ديوار مستهلك مي شود. مقايسه نتايج نظري و تجربي نشان داده است كه در استهلاك امواج فشاري، مدل اصطكاك مانا و يا شبه مانا به پيش بيني غلط حوادث گذرايي منجر مي شود. در حقيقت نيمرخهاي سرعت در شرايط نامانا، گراديانهاي شديدتري داشته و در نتيجه تنش برشي از حالت مانا بيشتر خواهد بود. در اين مقاله شرايط گذرايي يك سيستم ساده شير- لوله- مخزن با اعمال يكي از مدلهاي اصطكاك نامانا و با روش مشخصه ها بررسي و با حالتي كه جمله اصطكاك مانا در نظر گرفته شده مقايس خواهد شد. نتايج نشان مي دهند كه با استفاده از مدل اصطكاك نا مانا (مدل برونون) نوسانات سريعتر مستهلك مي شوند كه انطباق بيشتري با نتايج تجربي دارد. به طوري كه در بعضي حالات عدم حضور جمله نامانا به معني عدم استهلاك نوسانات بوده و اختلاف قابل توجهي در مقايسه نتايج تجربي و نظري مشاهده مي شود. علاوه بر آن نتايج حاضر نشان مي دهد كه مدلسازي ضربه قوچ با جمله اصطكاك مانا پيك فشار را بيشتر از مدل اصطكاك نا مانا پيش بيني كرده و اين اختلاف با تغيير قانون بستن شير تغيير مي كند.

Water-hammer is a transient condition which may occur in a network as a result of rapid or slow valve closures, pump failures, changes in turbine loading, etc. It creates high and low pressure waves which travel along the system and decay as a result of wall shear stress. Comparison o experimental and theoretical results revealed the failure of steady or quasi-steady models in correctly predicting the daming process of the pressure waves. In fact, the velocity profiles have greater gradients under unsteady conditions which results in higher shear stresses compared to the steady condition. In this paper, the transient condition in a network (valve-pipe-tank system) is investigated by implementing one of the unsteady friction models (Brunone model) into the method of characteristics (MOC). Results show that using the unsteady friction model damps the pressure waves more rapidly, the absence of which may result in disagreement between theoretical and experimental values. In addition, this work shows that pressure rise due to the water hammer phenomenon cannot be correctly determined without effecting the unsteady friction factor. The valve closure law affects pressure rise prediction.