Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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

Urbanowicz K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2015

|

Vol. 64, nr 3

49-73

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).

2

Modelowanie stanów nieustalonych w przewodach ciśnieniowych z uwzględnieniem kawitacji oraz zmiennych oporów hydraulicznych. Cz. 2, Opór oraz walidacja eksperymentalna

Urbanowicz K.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2015

|

Vol. 64, nr 3

75-101

PL

Modelowanie zmiennych w czasie oporów hydraulicznych nie jest zagadnieniem łatwym. Jak wykazały liczne badania, naprężenie styczne na ściance przewodu może być wyznaczane jako suma quasi-ustalonego i zmiennego w czasie wyrażenia. Zmienne w czasie wyrażenie jest tzw. całką splotową z lokalnego przyspieszenia cieczy i funkcji wagi. Oryginalna postać funkcji wagi ma przeważnie skomplikowaną strukturę, przez co nie nadaje się do efektywnego symulowania przebiegów dynamicznych. Dlatego też w celu umożliwienia efektywnego wyznaczania niestacjonarnego naprężenia stycznego zaprezentowano nową postać funkcji wagi (będącą skończoną sumą wyrażeń eksponentalnych). W przypadku przepływu turbulentnego wykorzystano procedurę skalowania współczynników efektywnej funkcji wagi zaprezentowaną przez Vitkovskiego i in. Nowe postacie funkcji wagowych charakteryzuje duża zbieżność z funkcjami klasycznymi (nieefektywnymi). Z wykorzystaniem uprzednio omówionych modeli przepływu kawitacyjnego CSM, CSMG, CSMA oraz BCM i powyższych efektywnych funkcji wagi dokonano szeregu badań symulacyjnych, które wykazały, że wprowadzone w modelach przepływu niestacjonarnego z kawitacją zmiany poprawiają stopień zgodności symulacji z wynikami eksperymentalnymi.

EN

Modelling of time-depended hydraulic friction is not an easy issue. As numerous studies have shown, wall shear stress in the pipe can be determined as a sum of the quasi-steady and time-dependent expressions. Time-depended expression is an convolution integral of the local acceleration of the liquid and a weighting function. The weighting function, in general, makes allowance for relation of historic velocity changes and unsteady component of wall shear stress. The original weighting function has usually a very complicated structure, and what is more it makes impossible to do an efficient simulation of dynamical runs. In this paper, in order to enable efficient calculation of unsteady component wall shear stress, new weighting functions are presented as a sum of exponential components. To aim this goal in case of turbulent flow, the scaling procedure proposed by Vitkovsky et al. is used. This method makes very easy the estimation of any new turbulent weighting function. Presented approximated weighting functions are compared with the original counterparts, known from literature in case of laminar and turbulent flows. Using the previously discussed models of cavitation flow CSM, CSMG, CSMA, and the BCM with implemented effective weighting function a series of simulation studies has been made, which showed that the introduced changes in models of unsteady flow with cavitation greatly improve the degree of simulation fit in comparison with experimental results.

3

Improved method for simulating transients of turbulent pipe flow

Zarzycki Z., Kudźma S., Urbanowicz K.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2011

|

Vol. 49 nr 1

135-158

EN

The paper presents the problem of modelling and simulation of transients during turbulent fluid flow in hydraulic pipes. The instantaneous wall shear stress on a pipe wall is presented in the form of integral convolution of a weighting function and local acceleration of the liquid. This weighting function depends on the dimensionless time and Reynolds number. Its original, very complicated mathematical structure is approximated to a simpler form which is useful for practical engineering calculations. The paper presents an efficient way to solve the integral convolution based on the method given by Trikha (1975) for laminar flow. An application of an improved method with the use of the Method of Characteristic for the case of unsteady flow (water hammer) is presented. This method is characterised by high efficiency compared to traditional numerical schemes.

PL

Artykuł przedstawia zagadnienie modelowania i symulacji przebiegów przejściowych podczas turbulentnego przepływu cieczy w przewodach ciśnieniowych. Chwilowe naprężenie styczne na ściance przewodu przedstawiono w postaci całki splotowej z funkcji wagi i przyspieszenia cieczy. Funkcja wagi dla naprężenia stycznego na ściance przewodu zależy od czasu bezwymiarowego i liczby Reynoldsa. Ma ona zawiłą postać matematyczną, dlatego aproksymowano ją do prostszej postaci, przydatnej do praktycznych obliczeń inżynierskich. Przedstawiono efektywny sposób rozwiązania całki splotowej, opierając się na metodzie podanej przez Trikha (1975) dla przepływu laminarnego. Podano zastosowanie ulepszonej metody symulacji naprężenia stycznego do metody charakterystyk podczas uderzenia hydraulicznego. Charakteryzuje się ona dużą efektywnością w stosunku do metody tradycyjnej.

4

Mathematical model and numerical computations of transient pipe flows with fluid-structure interaction

Henclik S.

Transactions of the Institute of Fluid-Flow Machinery

|

2010

|

nr 122

77-94

EN

Transient flows in closed conduits are of interest from over a century, but the dynamic interaction between the fluid and the pipe is taken into consideration more thoroughly just from a few decades. A standard model of the phenomenon consists of fourteen first order partial differential equations (PDE), two for a one-dimensional (1D) liquid flow and twelve for 3D pipe motion. In many practical cases however, a simpler four equations (4E) model can be used, where 1D longitudinal pipe movement is assumed. A short description of waterhammer event with fluidstructure interaction taken into account is presented in the article. The 4E mathematical model is presented in detail with the assumptions and main algorithms of computer program that has been developed. Two phase flow is assumed not to take place, but the friction between the liquid and the pipe wall are taken into consideration. A method of characteristics (MOC) with time marching procedure is employed for finding the solutions, but instead of direct solving the resulting finite difference equations (FDE) the “wave method” is proposed. Some other important elements of the algorithm are presented and selected results of numerical computations as well.

5

The influence of hydraulic pressure conduits' parameters on the course of unsteady flow with cavitation

Zarzycki Z., Urbanowicz K.

Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance

|

2008

|

Vol. 43, nr 1

89-100

EN

The paper attempts to assess the influence of closed conduits' parameters on maximum pressure values recorded as a result of waterhammer and on the time of keeping unsteady flow with cavitation. A number of numerical tests, necessary for carrying out this research program, were performed using the authors' own programs written in Matlab and based on effective cavitation transient models, which take into account unsteady hydraulic friction. In particular, the results of two key models were investigated; i.e. bubbly cavitation model (BCM) and column separation model (CSM).

PL

W pracy podjęto próbę oszacowania wpływu parametrów przewodów zamkniętych na wartości maksymalnych ciśnień występujących w wyniku uderzenia hydraulicznego, jak i na czas utrzymywania się przepływu nieustalonego z kawitacją. Niezbędne do realizacji tej pracy liczne badania numeryczne, wykonane zostały z wykorzystaniem własnych programów napisanych w Matlabie bazujących na efektywnych modelach kawitacji przejściowej, w których uwzględniono niestacjonarne opory hydrauliczne. W szczególności rozpatrywano wyniki otrzymane z dwóch kluczowych modeli: kawitacji pęcherzykowej (bubbly cavitation model - BCM) oraz rozerwania słupa cieczy (column separation model - CSM).