Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wybrane problemy uderzenia hydraulicznego w przewodach ciśnieniowych w świetle eksperymentów

Kodura A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2019

|

z. 79

3--104

PL

Zjawisko uderzenia hydraulicznego jest przykładem ruchu nieustalonego w przewodach pod ciśnieniem. Początki opisu zjawiska sięgają pierwszej połowy XIX wieku. Na przestrzeni 200 lat, dzięki postępowi w metodach obserwacji, analizy i opisu matematycznego zjawisk, opracowano udoskonalone metody opisu przebiegu zjawiska. Tym niemniej, nadal można postawić szereg pytań szczegółowych, na które ciągle poszukiwane są odpowiedzi. W niniejszej monografii przedstawiono wybrane rozwiązania dotyczące nie w pełni rozpoznanych dotychczas problemów związanych z uderzeniem hydraulicznym. Omówione zagadnienia dotyczą wpływu rodzaju zamknięcia oraz długości przewodu za zamknięciem na przebieg zarówno prostego, jak i nieprostego uderzenia hydraulicznego oraz kwestii prędkości rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej w medium dwufazowym ciecz-ciało stałe. Wszystkie omówione zagadnienia łączy jedno - ich analiza jest efektem wykonanych badań doświadczalnych na autorskich stanowiskach badawczych. W monografii opisano przeprowadzone badania eksperymentalne, stanowiące podstawę opisu analizowanych problemów. Opracowano zależności, pozwalające na wyznaczenie wielkości przyrostu ciśnienia podczas uderzenia hydraulicznego dla różnych typów zamknięć. W monografii zamieszczono także metodykę uwzględniania wpływu długości przewodu na przebieg zjawiska. Oba elementy są ważne z praktycznego punktu widzenia i mogą znaleźć zastosowanie w obliczeniach inżynierskich. W przypadku opisu uderzenia hydraulicznego w medium dwufazowym (szlamie), przeprowadzono analizę i wyprowadzono nową formułę dla obliczania prędkości fali ciśnienia. Opracowana została i zaprezentowana formuła uproszczona - będąca wynikiem analizy danych doświadczalnych.

EN

The water hammer phenomenon is an example of a transient flow in pressure pipes. The first description of the phenomenon was made at the beginning of the I 9th century. Over 200 years, due to advancement of methods, analysis and mathematical description of phenomena, the improved methods for describing the course of the phenomenon were developed. Nevertheless, a number of detailed questions that are still being sought after. In the monograph a subjective selection of not fully recognized problems related to hydraulic impact has been made. The issues discussed concerns about the impact of the type of closure and the length of the downstream pipe on the course of both simple and non-simple water hammer. Moreover, the issue of velocity of the shock wave propagation in a two-phase liquid-solid medium was considered. Ali the issues discussed focus on the major concept - their analysis is the result of experimental research carried out on the author’s research stands. The monograph discusses experimental research, which is the basis for describing the indicated problems. On the basis of a number of analysis, mathematical formulas were developed to determine the magnitude of pressure increase during the water hammer for different types of closures. The monograph also includes a methodology for taking into account the effect of length on the course of the phenomenon. Practically, both elements are important and can be used in engineering calculations. In the case of the description of a hydraulic impact of a sludge - a two-phase medium - an analysis was made and a new formula was derived for calculating the speed of the pressure wave. A simplified formula was developed and presented - the result of the analysis of experimental data.

2

Wpływ długości przewodu za zaworem kulowym na parametry uderzenia hydraulicznego w rurociągu z polietylenu o dużej gęstości

Kodura A.

Ochrona Środowiska

|

2018

|

Vol. 40, nr 4

15--20

PL

Przepływ nieustalony o właściwościach uderzenia hydraulicznego występuje stosunkowo rzadko w układach ciśnieniowych, tym niemniej jego skutki mogą wywoływać poważne problemy eksploatacyjne systemów wodociągowych. Zjawisko to jest złożone, a na jego przebieg wpływa wiele czynników. Jednym z nich jest oddziaływanie fali ciśnienia za zaworem wywołującym zjawisko uderzenia hydraulicznego. Wiąże się to z jednoczesnym wzbudzeniem fal ciśnienia o przeciwnych znakach w przewodzie przed i za zaworem. Przeprowadzone badania eksperymentalne potwierdziły znaczące oddziaływanie długości rurociągu poniżej zaworu kulowego na parametry uderzenia hydraulicznego. Dotyczy to szczególnie pierwszej fazy zjawiska. Stwierdzono wpływ długości tego rurociągu na opóźnienie wywołania zjawiska, rozumiane jako czas między rozpoczęciem zamykania zaworu a początkiem przyrostu ciśnienia. Długość przewodu wpływała także na czas przyrostu ciśnienia oraz wartości jego przyrostów. W przypadku tej samej długości przewodu przed i za zaworem, opóźnienia przyrostu ciśnienia były najmniejsze. Najdłuższe czasy opóźnienia zaobserwowano w skrajnych położeniach zaworu – blisko początku lub końca przewodu. Podczas uderzenia prostego wartości przyrostów różniły się nieznacznie od obliczonych ze wzoru Żukowskiego. W przypadku uderzeń nieprostych (złożonych), różnice między uzyskanymi przyrostami ciśnienia przy różnych długościach przewodu dochodziły do 40%.

EN

Transient flow with water hammer characteristics is not a common occurrence in pressure systems. However, its effects can lead to serious problems in the management of pressure networks. This complex phenomenon is influenced by several factors. One of them is the impact of the pressure wave downstream of the valve that enforces the phenomenon. This involves concurrent excitation of pressure waves with opposite signs in the upstream and downstream conduit. The research confirmed significant influence of the downstream pipeline length on the hydraulic impact parameters. In particular, this applies to the primary phase of the phenomenon. The effect of the pipeline length on delay of the phenomenon was demonstrated, namely on the time between the start of the valve closure and start of the pressure increase. Furthermore, the pipe length influenced the time of pressure increase and the value of pressure increments. For equal lengths of the pipe upstream and downstream of the valve, delays in the pressure increase were the smallest. The biggest delay time values were observed in the extreme valve positions – near the beginning or the end of the pipe. For a simple water hammer, the measured values differed slightly from those calculated from the Joukovsky formula. For non-simple (complex) impacts, the variations between the pressure increases obtained for different pipe lengths reached up to 40%.

3

Analysis of the technical condition of the sewage collector with the use of numerical simulation

Popielski P., Kodura A., Smoliński B.

Technical Transactions

|

2017

|

Vol. 3(114)

139--151

EN

This article presents a comprehensive analysis of the technical condition of the sewage collector located under Krakowska Avenue in Warsaw. The cross section of the collector is an extended ovoid with the dimensions of 1400 × 800 mm. Current operational problems as well as the reasons for specific faults and failures were discussed. The numerical models generated according to the collected data and the technical documentation were presented. Boundary and initial conditions taken into account in the analysis process and the assumed calculation scenarios were also described. The results obtained as well asthe considered modernization projects, along with selected optimal technical solutions, were discussed.

PL

W artykule przedstawiono kompleksową analizę stanu technicznego kolektora ściekowego o przekroju jajowym podwyższonym i wymiarach 1400 x 800 mm, znajdującego się pod Aleją Krakowską w Warszawie. Omówiono obecne problemy eksploatacyjne, wraz z podaniem przyczyn występowania konkretnych usterek i awarii. Zaprezentowano wygenerowane na podstawie zgromadzonych danych oraz dokumentacji technicznej modele numeryczne obiektu. Przedstawiono uwzględnione podczas analiz warunki brzegowo-początkowe oraz przyjęte scenariusze obliczeń. Omówiono uzyskane wyniki oraz możliwe metody modernizacji kolektora, wraz z doborem optymalnej technologii.

4

Analiza doświadczalna wpływu koncentracji objętościowej piasku w hydromieszaninie na straty hydrauliczne i prędkość graniczną

Kodura A., Śniegocki B.

Gospodarka Wodna

|

2017

|

Nr 4

110--112

PL

Na podstawie wzorów empirycznych oraz badań na modelu laboratoryjnym przedstawiono analizę wpływu koncentracji objętościowej fazy stałej hydromieszaniny na jej straty hydrauliczne oraz prędkość graniczną. Badano koncentracje objętościowe: 5,10 i 15%.

EN

The article presents an analysis of the impact of sand volume concentration of the hydro-mixture's solid phase on its hydraulic losses and terminal velocity, based on empirical formulas and a laboratory model examination. The following volume concentrations were analyzed: 5,10 and 15%.

5

An analysis of the impact of valve closure time on the course of water hammer

Kodura A.

Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics

|

2016

|

Vol. 63, nr 1

35--45

EN

The knowledge of transient flow in pressure pipelines is very important for the designing and describing of pressure networks. The water hammer is the most common example of transient flow in pressure pipelines. During this phenomenon, the transformation of kinetic energy into pressure energy causes significant changes in pressure, which can lead to serious problems in the management of pressure networks. The phenomenon is very complex, and a large number of different factors influence its course. In the case of a water hammer caused by valve closing, the characteristic of gate closure is one of the most important factors. However, this factor is rarely investigated. In this paper, the results of physical experiments with water hammer in steel and PE pipelines are described and analyzed. For each water hammer, characteristics of pressure change and valve closing were recorded. The measurements were compared with the results of calculations perfomed by common methods used by engineers – Michaud’s equation and Wood and Jones’s method. The comparison revealed very significant differences between the results of calculations and the results of experiments. In addition, it was shown that, the characteristic of butterfly valve closure has a significant influence on water hammer, which should be taken into account in analyzing this phenomenon. Comparison of the results of experiments with the results of calculations? may lead to new, improved calculation methods and to new methods to describe transient flow.

6

Zastosowanie bocznika z polietylenu MDPE do redukcji przyrostu ciśnienia wywołanego uderzeniem hydraulicznym

Kodura A., Kołakowska A., Mitosek M., Wrzesińska A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2013

|

z. 66

96--110

PL

Przy projektowaniu oraz podczas eksploatacji rurociagów pracujących pod ciśnieniem, np. sieci wodociągowych, należy brać pod uwagę zjawiska towarzyszące zmiennym w czasie przepływom w szczególności zjawisko uderzenia hydraulicznego. Uderzenie hydrauliczne często pojawia się w sposób cykliczny na tych samych elementach rurociągu. Ma to niekorzystny wpływ dla trwałości instalacji i jest źródłem procesu zmęczenia materiału ścianek przewodów, lokalnych pęknięć oraz nieszczelności połączeń z innymi elementami sieci. Przyjmuje się, że 80% awarii występujących w przewodach sieci wodociągowych niewyposażonych w urządzenia zabezpieczające, powstaje na skutek występowania zjawiska uderzenia hydraulicznego. Powoduje to wzrost kosztów eksploatacji tego rodzaju sieci o ok. 60%. Do głównych metod służących zapobieganiu lub łagodzeniu skutkom uderzenia hydraulicznego można zaliczyć: powolne zamykanie lub otwieranie zaworów i zasuw, zwiększenie momentu bezwładności agregatu pompowego, strumienia wysokociśnieniowe i niskociśnieniowe zawory bezpieczeństwa, zbiorniki wodno-powietrzne, komory wyrównawcze. Do metod łagodzących niekorzystne skutki uderzenia hydraulicznego należy zaliczyć zastosowanie boczników, których ścianki wykonane są z materiałów o większej podatności na odkształcenie ścian w porównaniu z rurociągiem. W celu oszacowania skuteczności działań tego rodzaju tłumików przeprowadzono badania eksperymentalne. W badaniach zastosowano tłumiki wykonane z MDPE. Stwierdzono, że zmniejszenie maksymalnej amplitudy ciśnienia w uderzeniu hydraulicznym zależy od średniej prędkości ustalonego przepływu wody w rurociągu przed wystąpieniem zjawiska. Dotyczy to zarówno samego rurociągu stalowego, jak też współpracującego z tłumikiem ciśnienia. Wpływ prędkości był zgodny z zależnością Żukowskiego, opisującą, wartość pierwszej amplitudy ciśnienia w rurociągu. Zdolność tłumienia ciśnienia przez element bocznikowy z polietylenu MDPE współpracującego z rurociągiem stalowym silnie zależy od wartości ilorazu objętości tłumika do objętości rurociągu Vt/Vp. Zmiany względnej objętości w zakresie 0,2 0,6 najsilniej oddziałują na redukcję pierwszej amplitudy oscylacji ciśnienia podczas uderzenia hydraulicznego. Dla Vt/Vp < 0,02 lub V/Vp> 0,06 wpływ elementu bocznikowego na zdolność tłumienia jest pomijalnie mały.

EN

The phenomena of transient flows, in particular water hammer, must be taken into account in the design and operation of pipelines working under pressure. The water hammer phenomenon occurs frequently in a cyclic manner on the same elements of the pipeline. This phenomenon has negative influence on the durability of the network and is a source of fatigue of walls of pipes, cracks and leaks of local connections to other network elements. About 80% of accidents occurring in water supply pipelines not equipped with safety devices are negative results of water hammer. This fact is the reason for increasing the operating cost of networks by up to 60%. The main methods of preventing or reducing the effects of water hammer may include: slow opening or closing of valves, increasing the moment of inertia of pump propellers, aeration of the stream, high pressure and low pressure safety valves, expansion tanks (air vessels), and water towers. Methods for mitigating the negative effects of water hammer include bypasses, walls which are made of materials with greater susceptibility to deformation in comparison with the pipeline walls. An experimental investigation was made to evaluate the effectiveness of this type of elements. The study used pressure reducers made of MDPE. It was found that a reduction of the maximum amplitude of hydraulic pressure depends on the average steady flow of water in the pipeline prior to the phenomenon. This applies to a steel pipeline, as well as one cooperating with bypass pressure. Impact speed was consistent with the Joukovsky formula, which describes the value of the amplitude of the first pressure in the pipeline. Pressure damping ability of the bypass element made of polyethylene MDPE cooperating with the steel pipeline is strongly dependent on the value of the quotient of the volume of the bypass to the volume of the pipeline Vt,/Vp,. Changes of the relative volume in the range 0.2 V/V, 0.6 have the biggest influence on damping the first amplitude of pressure during water hammer. For Vt/Vp) < 0.02 or Vt/Vp > 0.06 impact of the bypass element on the ability of pressure damping is negligibly small.

7

Numeryczna analiza warunków przepływu w przewodach wodociągowych z kablem telekomunikacyjnym

Kubrak M., Kodura A.

Instal

|

2013

|

nr 12

86--90

PL

Przedstawiono wyniki obliczeń hydraulicznych parametrów przepływu wody w przewodzie wodociągowym z umieszczonym w nim kablem telekomunikacyjnym wykonane programem CFD FLUENT. Obliczenia prowadzono dla rozwiniętego, turbulentnego, trójwymiarowego przepływu wody przyjmując standardowy model turbulencji k-ε. Obliczone wartości parametrów strumienia w przewodzie wodociągowym zweryfikowano na podstawie wyników pomiarów hydraulicznych wykonanych przez Nikuradsego oraz wyznaczonych metodą inżynierską (ze wzoru Darcy’ego-Weisbacha i Colebrooka-White’a). Obliczenia wykonano dla czterech różnych chropowatości powierzchni przewodu wodociągowego, trzech chropowatości powierzchni kabla telekomunikacyjnego, zakładając zmienne wartości średniej prędkości przepływu wody. Wartość liniowych strat energii w przewodzie wodociągowym z kablem telekomunikacyjnym dla wszystkich analizowanych wariantów obliczeń jest średnio o 12% większa od strat w przewodzie wodociągowym bez kabla.

EN

The results of calculations of hydraulic parameters in the water pipes with inserted telecommunication cable obtained by using the CFD FLUENT software were presented. Calculations were made for developed, turbulent, three-dimensional water flow using a standard k-ε turbulence model. To assure that results from CFD-modelling correspond with analytical formulas a test with a circular pipe without inserted telecommunication cable was done. Calculated with FLUENT values of flow parameters in the water pipe have been verified with laboratory measurements conducted by Nikuradse and with analytical models (Darcy-Weisbach and Colebrook-White equations).The value of major energy losses in the water pipe with inserted telecommunication cable for all analyzed variants is on average 12% higher than the energy losses in the water pipe without cable.

8

Prognoza erozji koryta Wisły na przykładzie projektowanego stopnia wodnego Nieszawa

Kodura A., Kuźniar P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej. Budownictwo Lądowe

|

2006

|

nr 57

161-177

EN

Except of research into composition and types of overfall-sluice device construction, during stage of fall designing, it is essential to take additional factors under consideration. These are: influence of reservoir work and way of exploitation of water power station on river hydrological conditions as well as geomorphologic structure of river-bed below dam including granulation and value of river brush transportation. Safety work conditions of future water building and time of using depend on good evaluation of erosion development. Reasons of erosion below Włocławek dam are mentioned in the paper. These are used to formulate indications for Nieszawa dam design needs, which is to work without need of down water stabilization by the next stage of fail These indications are the answer for the negative impact of Włocławek dam on river-bed morphology.

9

Model matematyczny oscylacyjnego przepływu cieczy w silnie odkształcalnym przewodzie zamkniętym wymuszonego lokalnym dopływem

Mitosek M., Kodura A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2005

|

z. 48

5--23

PL

Omówiono zjawisko oscylacyjnego przepływu cieczy w zamkniętych przewodach o dużej -podatności na odkształcenie ścianek. Podano równania opisujące wahania masy oraz warunki ich rozwiązania w sytuacji lokalnego, zlokalizowanego na końcu przewodu, dopływu cieczy. Zależności opisujące zjawisko tworzą układ równań typu hiperbolicznego, które wygodnie jest rozwiązywać metodą charakterystyk. W rozwiązaniu uwzględniono wpływ strat ciśnienia zwiększających się podczas nieustalonego przepływu. Szczególny nacisk położono na analizę wahań masy płynu w warunkach laminarnego ruchu cieczy. W tym przypadku, opory tarcia były określane jako krotność strat hydraulicznych obliczanych za pomocą wzoru Hagena-Poiseuille'a. Zwrócono uwagę na ograniczenia związane ze stosowaniem metody charakterystyk w sytuacji zmiennej, zależnej od długości przewodu, prędkości rozprzestrzeniania się zaburzenia ciśnienia.

EN

The phenomenon of oscillations of liquid mass in closed, elastic pipes is presented. Equations of motion and continuity, as well as boundary and initial conditions of solution are given. Hyperbolic equations, describing the phenomenon, are derived using the method of characteristics. An additional resistance caused by unsteady flow, is taken into account. Particularly, laminar flow is analyzed in the paper. Hydraulic losses are determined using a modified Hagen-Poiseuille's equation. Attention was paid to some limitations in the use of the method of characteristics. The main reason for limitation was connected with pressure wave velocity changes along the elastic pipes.

10

Local cavitation due to water hammer

Mitosek M., Kodura A., Rybak-Wilusz E.

Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics

|

2003

|

Vol. 50, nr 1

59-72

EN

The phenomenon of vapour cavitation due to water hammer is investigated ex-perimentally using high frequency pressure transducers (piezoelectric and strain gauges). The water hammer is caused by a sudden closure of a ball valve mounted at the end of the steel pipe. A short-duration pressure pulse, as well as high frequency cavitation pressure oscillations is observed. The high frequency pressure oscillations appear just after the vapour cavity collapse, whereas the pressure pulse does not occur immediately after collapse but is delayed from 0 to the water hammer period $2L/c$, s. The experiments have shown that the maxi-mum high frequency pressure oscillation, directly proportional to the pressure wave velocity, can be many times higher than the maximum water hammer pres-sure amplitude as well as short-duration pressure pulse. The influence of liquid evaporation duration and the steady state losses on the maximum high frequency cavitation pressure oscillation are shown. Growing pressure reduction is accom-panied by gas desorption from the liquid. The liberated air reduces the amplitude of the pressure increase and prolongs the period of oscillations. The experiments have shown that there are three phases of the maximum amplitude of high fre-quency pressure oscillations for each fixed steady state loss. The frequency of va-pour cavitation pressure oscillations depends on the duration of the oscillations. For the test cases, the frequency increases during the cavitation from ca. 400 to 900 Hz for steel pipes.

11

Wpływ długości rurociągu na rozpraszanie energii uderzenia hydraulicznego

Mitosek M., Kodura A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2000

|

z. 32

63-80

PL

Przeprowadzono badania zjawiska uderzenia hydraulicznego w przewodach stalowych, MDPE oraz PVC. Na podstawie tych doświadczeń stwierdzono, że zdolność tłumienia zaburzenia ciśnienia zależy od długości rurociągu. Początkowo, dla krótkich rurociągów, wzrost długości osłabia tłumienie fali. Dopiero od pewnej określonej długości, która zależy od rodzaju materiału i grubości ścianki rury, dalszy jego wzrost sprzyja tłumieniu oscylacji zaburzenia. Otrzymane rezultaty wskazują, że dyssypacja energii uderzenia hydraulicznego silnie zależy od sił bezwładności wzbudzanych w strumieniu cieczy dla krótkich rurociągów.

EN

The water hammer phenomenon in steel, MDPE and PVC pipe-lines was experimentally studied. It was found that damping ability of pressure disturbance depended, among others, on me pipe-line length. For short pipe-lines, in the beginning, an increase in their length reduces the water hammer duration. Oniy, after reaching a specific length, which depends on the kind of material used and the thickness of the pipę wali, is a furthcr increase in the pipe length conducive to a damping of the disturbance oscillation. The obtained results show that for short pipe-lines the energy dissipation of a water hammer strongly depends on the inertial forces induced in a liquid stream.