Problemy opisu struktury przepływu wody w przewodach z nagłymi rozszerzeniami i zwężeniami przekroju

• Autorzy: Jeżowiecka-Kabsch K. , Strzelecka K.

Warianty tytułu

EN

Effect of sudden diameter changes on water flow structure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeanalizowano przepływy wody przez przewody z nagłymi skokowymi zmianami pola przekroju przepływu, w tym również przez przewód z wbudowaną kryzą. Zaprezentowany materiał pozwolił na zaobserwowanie niektórych prawidłowości, wskazał na trudności występujące podczas jego analizy oraz umożliwił przygotowanie własnego programu badawczego. Prace poświęcone badaniom eksperymentalnym (przede wszystkim wizualizacyjnym) i numerycznym struktury przepływów przez przewód z nagłym osiowosymetrycznym rozszerzeniem przeważnie dotyczą stałego (jednego) stosunku średnic. Brakuje natomiast oceny wpływu stopnia skokowej zmiany średnicy przewodu na strukturę przepływu w strefie oddziaływania takiego oporu miejscowego. W literaturze brak również analiz dotyczących przepływu wody przez nagłe osiowosymetryczne zwężenia przekroju przepływu. Istniejące rozbieżności wartości współczynników kontrakcji i wyników fragmentarycznych badań doświadczalnych wskazują ponadto na konieczność doświadczalnego wyznaczenia wartości tych współczynników w zależności od stopnia zwężenia przewodu oraz w zależności od wartości liczby Reynoldsa, a następnie skorygowania istniejących wzorów. Także w przepływach przez przewody o ścianach zafalowanych może wystąpić kontrakcja strugi i związana z nią intensyfikacja mieszania. Dość dużo miejsca w literaturze poświęcono osiowosymetrycznym zwężeniom przewodów w postaci kryzy lub zwężki. Prowadzono zarówno badania eksperymentalne, jak i numeryczne dotyczące przepływów ustalonych oraz pulsujących z zakresu laminarnego, przejściowego i turbulentnego. W strefie oddziaływania skokowej zmiany średnicy rury występują szybkie zmiany profilu prędkości, a brak jest w literaturze wartości współczynników Coriolisa odnoszących się do tej strefy. Istnieje zatem konieczność oceny wpływu stopnia rozszerzenia i zwężenia przekroju przepływu na strukturę przepływu i intensywność procesów przebiegających za takimi oporami miejscowym, w tym na długość obszaru recyrkulacji, struktury wirowe powstające na spływie z krawędzi rozszerzenia, rozkład energii kinetycznej, straty energetyczne, a w wypadku nagłego zwężenia - na zjawisko kontrakcji.

EN

Flows through channels and tubes with suddenly expanded or constricted parts (also with an orifice) were analyzed on the basis of relevant literature reports. The data obtained in this way revealed some regularities, as well as a number of analytical problems, and enabled us to prepare our own research programme. The so-far reported experimental (mainly visualizations) and numerical researches into flow through a pipe with an axisymmetric sudden expansion have generally involved one selected diameter ratio. No estimations have been carried out to establish how other diameter ratios (differing from the chosen one) may affect the flow structure in the vicinity of such resistance. The available literature also fails to include analyses of flow over an axisymmetric sudden constriction. There are inconsistencies between the values of the contraction coefficients in the available formulas and the experimental values. This substantiates the need of finding the contraction coefficients and relating them to the Reynolds number. Jet contraction and intensification of the mixing process can be observed in flows through wavy walled channels. Many authors have refered to such axisymmetric constrictions as the orifice. Experimental and numerical researches have been reported into steady and pulsatile flows. Some of the studies concentrated on the changes in the non-symmetric area section. Velocity profiles undergo changes in the vicinity of sudden expansion, but the available literature does not include the values of the Coriolis coefficients in such a zone. It is therefore necessary to find out how different diameter ratios in axisymmetric sudden expansions and constrictions affect the structure of flow and the intensity of the turbulence processes after such resistance.

Słowa kluczowe

PL

przepływ wody; przekrój przepływu; struktura przepływu przez przewód; rozszerzenie przekroju przepływu; zwężenie przekroju przepływu

EN

water flow; sudden expansion; sudden constriction; turbulence

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 27, nr 1
• Strony: 23--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Jeżowiecka-Kabsch K.

autor

Strzelecka K.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• 1. K. JEŻOWIECKA-KABSCH, H. SZEWCZYK, Z. BECHTOLD, W. WĘDRYCHOWICZ, A. GRIGORIEW: Wizualizacyjne studium formowania się i ewolucji struktur wirowych przy przepływie przez przewężenia. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1999.
• 2. Z. BECHTOLD, H. SZEWCZYK: Likwidacja stref zamarzania w zbiorniku zimnej wody przez lokalna zmianę struktury pola prędkości. Mat. konf. "Air Conditioning, Air Protection & District Heating", Politechnika Wrocławska, PZITS, Wrocław-Szklarska Poręba 2002, ss. 609-611.
• 3. M. ŚWIDERSKA-SRÓŻ, M. WOLSKA: Wpływ nierównomier­ ności rozbioru wody wodociągowej na zmianę jej jakości. Ochrona Środowiska, 2004, nr 4, ss. 21-23.
• 4. K. JEŻOWIECKA-KABSCH, H. SZEWCZYK, W. WĘDRYCHOWICZ: Struktura pulsującego przepływu przez rurę z kryzą. Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 2004, nr 25, ss. 155-168.
• 5. A. L. KOWAL, M. ŚWIDERSKA-SRÓŻ: Oczyszczanie wody. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław 1996.
• 6. J. FYDRYCH, K. JEŻOWIECKA-KABSCH, H. SZEWCZYK: Pulsujące przepływy cieczy przez przewód z nagłym rozszerzeniem. Oficyna Wydawnicza Po1itechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.
• 7. A. REVUELTA, A. L. SANCHEZ, A. LINAN: Confined axisymmetric 1aminar jets with large expansion ratios. Journal of Fluid Mechanics, 2002, Vol. 456, pp. 319-352.
• 8. J. MIZUSHIMA, Y. SHIOTANI: Transitions and instabilities of flow of a symmetric channel with suddenly expanded and contracted part. Journal of Fluid Mechanics, 2001, Vol. 434, pp. 355-369.
• 9. T. HAWA, Z. RUSAK: The dynamics of 1aminar flow in a symmetric channel with sudden expansion. Journal of Fluid Mechanics, 2001, Vol. 436, pp. 283-320.
• 10. T. S. LEE: Numerical studies of fluid flow through tubes with double constriction. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 1990, Vol. 11, pp. 1113-1126.
• 11. H. H. WEI, S. L. WATERS, S. Q. LIU, J. B. GROTBERG: Flow in a wavy-walled channel lined with a poroe1astic layer. Journal of Fluid Mechanics, 2003, Vol. 492, pp. 23-45.
• 12. L. PRANDTL: Dynamika przepływów. PWN, Warszawa 1956.
• 13. R. GRYBOŚ: Mechanika płynów z hydrauliką. Politechnika Śląska, Gliwice 1977.
• 14. K. JEŻOWIECKA-KABSCH, H. SZEWCZYK: Mechanika płynów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.
• 15. W. J. PROSNAK: Mechanika płynów. Tom I. Statyka płynów i dynamika cieczy. PWN, Warszawa 1970.
• 16. E. Z. RABINOVIĆ: Gidravlika. Gosudarstvennoe izdatelstvo fiziko-matematiceskoj literatury, Moskva 1961.
• 17. G. K. BATCHELOR: An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press, Cambridge 2000.