Modelowanie stanów nieustalonych w przewodach ciśnieniowych z uwzględnieniem kawitacji oraz zmiennych oporów hydraulicznych. Cz. 1, Modele kawitacji

• Autorzy: Urbanowicz K.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12345865.1168704

Warianty tytułu

EN

Modelling transient pipe flow with cavitation and frequency dependent friction. Pt. 1, Cavitation models

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówione zostały cztery kluczowe modele matematyczne opisujące przepływ nieustalony z kawitacją w przewodach ciśnieniowych: model rozerwania strumienia cieczy (Column Separation Model - CSM), model kawitacji parowo-gazowej (Gas Column Separation Model - CSMG), model Adamkowskiego (Adamkowski’s Column Separation Model - CSMA) i model kawitacji pęcherzykowej (Bubble Cavitation Model - BCM). We wszystkich tych modelach uwzględnione zostały zmienne opory hydrauliczne. Równania opisujące te modele rozwiązano z wykorzystaniem metody charakterystyk. Naprężenie styczne na ściance przewodu obliczane było z sumy dwóch wyrażeń: quasi-ustalonego i nieustalonego. Wyrażenie nieustalone jest modelowane w postaci całki splotowej z lokalnego przyspieszenia cieczy i funkcji wagi w(t).

EN

The paper presents four key mathematical models of transient cavitating pipe flow, i.e. column separation model (Column Separation Model - CSM), gas cavitation model (Gas Column Separation Model - CSMG), Adamkowski model (Adamkowski’s Column Separation Model - CSMA) and bubbly cavitation model (Bubble Cavitation Model - BCM). In the all investigated models, frequency dependent frictional losses were taken into account. The equations describing all models have been solved using the method of characteristics. In this work, the wall shear stress (defined as an effect of unsteady fluid friction) is presented as a sum of quasi-steady and unsteady components. The unsteady component of the wall shear stress is modelled as an convolution of local fluid acceleration and a weighting function w(t).

Słowa kluczowe

PL

numeryczna mechanika płynów; przepływy nieustalone; kawitacja; zmienne opory hydrauliczne; przewody ciśnieniowe

EN

numerical fluid mechanics; transient flow; cavitation; frequency-dependent friction losses; pipeline; waterhammer

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 64, nr 3
• Strony: 49--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Urbanowicz K.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, 70-310 Szczecin, Al. Piastów 19

Bibliografia

• [1] Adamkowski A., Lewandowski M., A new method for numerical prediction of liquid column separation accompanying hydraulic transients in pipelines, 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference, FEDSM2007-37617, San Diego, California, July 30-August 2, 2007, USA.
• [2] Adamkowski A., Lewandowski M., Improvement of the method for calculation of liquid transient pipe flow with column separation, Proceedings of the 10th International Conference on Pressure Surges, BHRA Group Conf. Series Publ., UK 2008, 14-16 May, Edinburgh, 83-98.
• [3] Adamkowski A., Badania teoretyczne i doświadczalne łagodzenia uderzenia hydraulicznego zaworami odcinającymi i obejściowymi wirowych maszyn wodnych, Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, Zeszyt 461/1423, Gdańsk, 1996.
• [4] Adamkowski A., Stany przejściowe w układach wirowych maszyn wodnych, Wydawnictwo Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, Zeszyt 534/1493, Gdańsk, 2004.
• [5] Bagieński J., Niełacny M., Modele obliczeniowe uderzenia hydraulicznego z uwzględnieniem wydzielonego powietrza i kawitacji, Archiwum Hydrotechniki, t. 33, z. 3, 1986, 259-266.
• [6] Liou C.P., Numerical properties of the discrete gas cavity model for transients, Journal of Fluids Engineering, American Society of Mechanical Engineers, vol. 122, no. 3, September 2000, 636-639.
• [7] Niełacny M., Uderzenia hydrauliczne, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2002.
• [8] Safwat H.H., van den Polder J., Experimental and analytic data correlation study of water column separation, Journal of Fluids Engineering, March 1973, 91-97.
• [9] Shu J.J., Modelling vaporous cavitation on fluid transients, Intern. Journal of Pressure Vessels and Piping, vol. 80, 2003, 187-195.
• [10] Streeter V.L., Transient cavitating pipe flow, Journal of Hydraulic Engineering, vol. 109, no. 11, November, 1983, 1408-1423.
• [11] Vardy A.E., Brown J.M.B., Efficient Approximation of Unsteady Friction Weighting Functions, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, vol. 130, 11, 2004, 1097-1107.
• [12] Vardy A.E., Brown J.M.B., Transient turbulent friction in smooth pipe flows, Journal of Sound and Vibration, vol. 259, Issue 5, 30 January 2003, 1011-1036.
• [13] Vardy A.E., Brown J.M.B., Transient, turbulent, smooth pipe friction, J. Hydraul. Res., 33, 1995, 435-456.
• [14] Wylie E.B., Streeter V.L., Fluid transients, Mc Graw — Hill, New York, 1978.
• [15] Wylie E.B., Simulation of vaporous and gaseous cavitation, Journal of Fluid Engineering, vol. 106, September 1984, 307-311.
• [16] Zarzycki Z., Urbanowicz K., Modelowanie stanów nieustalonych podczas uderzenia hydraulicznego z uwzględnieniem kawitacji przejściowej w przewodach ciśnieniowych, Chemical and Process Engineering PAN, t. 27, z. 3/1, Wrocław, 2006, 915-933.
• [17] Zarzycki Z., On Weighting Function for Wall Shear Stress During Unsteady Turbulent Flow, Proc. of 8th International Conference on Pressure Surges, BHR Group Conference Series, no. 39, 12-14 April, The Hague 2000, The Netherlands, 529-534.
• [18] Zarzycki Z., Opory niestacjonarnego ruchu cieczy w przewodach zamkniętych, Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej, nr 516, Szczecin, 1994.
• [19] Zielke W., Frequency-Dependent Friction in Transient Pipe Flow, Journ., ASME, 90, March 1968, 109-115.

Uwagi

PL

Praca niniejsza była częściowo realizowana w ramach projektu badawczego nr: N50402931/2026 nt.„Modele i metody obliczeniowe przebiegu uderzenia hydraulicznego z uwzględnieniem kawitacji oraz tarcia cieczy”, koordynowanego przez IMP PAN w Gdańsku.