Simulation of transient flows in a hydraulic system with a long liquid line

• Autorzy: Zarzycki Z. , Kudźma S. , Kudźma Z. , Stosiak M.

Warianty tytułu

PL

Symulacja przepływów przejściowych w układzie hydraulicznym z hydrauliczną linią długą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the problem of modelling and simulation of transients phenomena in hydraulic systems with long liquid lines. The unsteady resistance model is used to describe the unsteady liquid pipe flow. The wall shear stress at the pipe wall is expressed by means of the convolution of acceleration and a weighting function which depends on the (laminar or turbulent) character of the flow. The results of numerical simulation are presented for the waterhammer effect, which is caused by a sudden shift of the hydraulic directional control valve. The following cases of the system supply are considered: the first, with a constant delivery rate of the pump and the second, which additionally considers pulsation of the delivery of the pump. Computer simulations are compared with results of experiments. They are found to be very consistent in the case with the variable rate of the pump delivery taken into accent.

PL

Artykuł przedstawia zagadnienie modelowania i symulacji zjawisk przejściowych w układach hydraulicznych z hydrauliczną linią długą. Wykorzystano model tarcia niestacjonarnego do opisu niestacjonarnego przepływu w przewodzie. Naprężenia ścinające na ściankach przewodów są określone za pomocą przyspieszenia i finkcji wagi, która zależy od charakteru przepływu (uwarstwiony, turbulentny). Rezultaty symulacji numerycznych są prezentowane dla uderzenia hydraulicznego, które spowodowane jest poprzez nagłe przesterowanie rozdzielacza. Rozpatrywane są dwa przypadki: pierwszy - gdy układ zasilający podaje stałą wartość natężenia przepływu, drugi uwzględniający pulsację wydajności pompy wyporowej. Symulacje komputerowe są porównane z wynikami badań eksperymentalnych. Wykazano dużą zgodność symulacji komputerowych uwzględniających pulsację wydajności pompy z wynikami eksperymentu.

Słowa kluczowe

EN

unsteady pipe flow; transients; pulsation of pump

PL

układy hydrauliczne; pulsacje pomp; uderzenia hydrauliczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 45 nr 4
• Strony: 853--871
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Zarzycki Z.

autor

Kudźma S.

autor

Kudźma Z.

autor

Stosiak M.

• Szczecin University of Technology, Department of Mechanics and Machine Elements, Poland,

Bibliografia

• 1. Chaudhry M.H., Hussaini M.Y., 1985, Second-order explicit finite-difference schemes for waterhammer analysis, Journal of Fluids Engineering, 107, 523-529
• 2. Garbacik A., Szewczyk K., 1995, New Aspects of Modelling of Fluid Power Control, Wrocław, Warszawa, Kraków, Ossolineum
• 3. Holmboe E.L., Rouleau W.T., 1967, The effect of viscous shear on transiets in liquid lines, Transactions ASME, Journnal of Basic Engineering, 89, 11, 174-180
• 4. Jelali M., Kroll A., 2003, Hydraulic Servo-systems. Modelling, Identification and Control, Springer-Verlag, London
• 5. Jungowski W., 1976, One-dimensional Transient Flow, Publishing House of Warsaw University of Technology [in Polish]
• 6. Kollek W., Kudźma Z., Stosiak M., 2003, Acoustic diagnostic testing in identification of phenomena associated with flow of working medium in hydraulic systems [in Polish], Twelve Power Seminar ’2003 on Current Flow, Design and Operational Problems of Hydraulic Machines and Equipment, Gliwice, Poland
• 7. Kudźma S., 2005, Modeling and simulation dynamical runs in closed conduits of hydraulics systems using unsteady friction model, PhD work at Szczecin University of Technology, February [in Polish]
• 8. Ohmi M., Kyonen S., Usui T., 1985, Numerical analysis of transient turbulent flow in a liquid line, Bulletin of JSME, 28, 239, 799-806
• 9. Ramaprian B.R., Tu S.-W., 1980, An experimental study of oscillatory pipe flow at transitional Reynolds number, J. Fluid Mech., 100, 3, 513-544
• 10. Rohatyński R., 1968, Damping of Pressure Pulsations in Hydraulic Systems with Displacement Pumps, ScientificWork ofWroclaw University of Technology, No. 191, Power Engineering IX [in Polish]
• 11. Schohl G.A., 1993, Improved approximate method for simulating frequency-dependent friction in transient laminar flow, Journal of Fluids Eng., Trans. ASME, 115, 420-424
• 12. Trikha A. K., 1975, An efficient method for simulating frequency-dependent friction in transient liquid flow, Journal of Fluids Eng., Trans. ASME, 97-105
• 13. Vardy A.E., Brown J., 1996, On turbulent, unsteady, smooth-pipe friction, Proc. of 7th International Conference on Pressure Surges, Harrogate UK, 16-18, BHRA Fluid Eng., 289-311
• 14. Vardy A.E., Brown J.M.B., Kuo-Lun H., 1993, A weighting function model of transient turbulent pipe flow, J. Hyd. Res., 31, 4, 533-548
• 15. Wylie E.B., Streeter V.L., 1978, Fluid Transients, McGraw-Hill, New York
• 16. Zarzycki Z., 1994, A Hydraulic Resistances of Unsteady Lquid Flow in Pipes, Scientific Works at Szczecin University of Technology, No. 516, Szczecin
• 17. Zarzycki Z., 2000, On weighting function for wall shear stress during unsteady turbulent pipe flow, 8th International Conference on Pressure Surges, BHR Group, The Hague, 529-543
• 18. Zarzycki Z., Kudźma S., 2004, Simulations of transient turbulent flow in liquid lines using time-dependent frictional losses, The 9th International Conference on Pressure Surges, BHR Group, Chester, UK, 24/26, 439-455
• 19. Zarzycki Z., Kudźma S., 2005, Computation of transient turbulent flow of liquid in pipe using unsteady friction formula, Transactions of the Institute of Fluid – Flow Machinery, 116, 27-42
• 20. Zielke W., 1968, Frequency-dependent friction in transient pipe flow, Journal of Basic Eng., Trans. ASME, 109-115