بررسی آزمایشگاهی الگوی تغییرات فشار گذرا در طول مجرای افقی حاوی جریان دوفازی لخته‌ای آب و هوا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

3 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

وجود هوا در جریان آب، باعث تغییر در فشارهای ایجاد شده ناشی از جریان گذرای ضربه قوچ در مجرای انتقال آب می‌شود. تحلیل جریان‌های گذرا معمولاً با فرض عدم وجود هوا در سیال انجام می‌شود، اما هوا از منابع مختلف مانند اتصالات، تجهیزات مکانیکی و یا هوای محبوس در خط لوله وارد مجرا می‌شود. این مقاله، نتایج تحقیق آزمایشگاهی در مورد جریان گذرای ناشی از بستن ناگهانی مجرا توسط دریچه در یک تونل مستطیلی افقی حاوی جریان دوفازی لخته‌ای را ارائه می‌دهد. در این پژوهش تغییرات بیشینه فشار گذرا در طول مجرا بررسی شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در 10 درصد طول انتهای مجرا از موقعیت نصب دریچه به‌سمت بالادست، به‌دلیل کاهش سرعت موج فشار ناشی از ضربه قوچ، فشارهایی با فرکانس زیاد و پیک‌های بالا ایجاد می‌شود. در حالی که بقیه طول مجرا به‌دلیل میرا شدن فشار توسط حبابهای هوا، الگوی متفاوتی از فشار را تجربه می‌کند. همچنین در انتهای مجرا با افزایش دبی هوا نسبت به دبی آب، بیشینه فشارهای ایجاد شده افزایش می‌یابد. این در حالی است که در بالادست مجرا، فشار گذرا با افزایش دبی هوا در مجرا کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Experimental Study on Transient Pressure Changes in a Horizontal Two-Phase Slug Flow

نویسندگان [English]

  • Amin Eyhavand koohzadi 1
  • Seyyed Mahmoud Borghei 2
  • Abdolreza Kabiri Samani 3
چکیده [English]

Transient flow in a conduit is an unsteady flow, followed by the change in the flow rate. Transient flow analysis is commonly based on the assumption of no air entrainment in the liquid phase. However, air entrainment in the liquid flow frequently occurs in the pipelines. Experimental study has been carried out to investigate the characteristics of transient pressure in a two-phase, air-water slug flow inside a rectangular, horizontal pipeline. Pressure surges propagating the pipeline that results transient pressure changes have been studied by rapidly closing a sluice gate inside the pipeline. The pressure variations have been recorded by installing different pressure transducers to the pipe. The results showed that increasing the air/water discharge ratio affects the transient pressure distribution in pipeline significantly. In the downstream 10% of pipeline length, pressure variation is considerably sharp, fast damping, and with higher peak. In other sections of conduit, low-frequency pressure changes were observed which were damped slowly.

1- Levy, S., (1999), Two-phase flow in complex systems, 1st Ed., John Wiley and Sons, Inc., New York.

2- Kabiri-Samani, A.R., (2009), “Fluctuating characteristics of two-phase air-water slug flowin pressurized pipelines.” J. of Water and Wastewater, 70, 62-68. (In Persian)

3- Ghidaoui, M. S., Zhao, M., Mclnnis, D. A., and Axworthy, D. H. (2005). “A review of water hammer theory and practice.” Transactions of the ASME, 58, 49-76.

4- Lee, T.S., Low, H.T., Nguyen, D.T., and Neo, W.R.A. (2009). “Experimental study of check valves performances in fluid transient.” J. of Process Mechanical Engineering, 223(2), 61-69.

5- Bonin, C.C. (1960). “Water-hammer damage to Oigawa power sation.” ASME J. of Engineering for Power, 82, 111-119.

6- Parmakian, J. (1955). Water-hammer analysis, Prentice-Hall Englewood Cliffs, N.J., (Dover Reprint, 1963).

7- Ivetic, M. (2004). “Forensic transient analyses of two pipeline failures.” Urban Water Journal, 1(2), 85-95.

8- Whiteman, K. J., and Pearsall, I. S., (1962), “Reflux valve and surge tests at a station.” Fluid Handling,
8, 248-250.

9- Jonsson, L. (1985). “Maximum transient pressures in a conduit with check valve and air entrainment.” Proc. Int. Conf. on the Hydraulics of pumping stations, Manchester, BHRA, Cranfield, 55-76.

10- Panet, M., and Martin, R. (1988). “Tests of check valves at EDF: Development of a damped check valve.” Second International Conference on Development in Valves and Actuators for Fluid Control, Manchester, England.

11- Zhou, F., Hicks, F. E., and Steffler, P.M. (2002). “Transient flow in a rapidly filling horizontal pipe containing trapped air.” J. of Hydraulic Engineering, 128(6), 628-634.

12- Stevanovic, V.D. (2009). “Dynamic loads by various water hammer phenomena.” Structural Integrity and Life, 9(1), 51-56.

13- Giot, M. (2004). Two-phase flow water hammer transients and induced loads on materials and structures of nuclear power plants, FIKS-CT-2000-00106, Research Program, UCL/TERM, Belgium.

14- Hammersley, R.J., and Elicson, G.T. (2000). “Two-phase flow and water-hammer transient assessments with the TREMOLO computer code.” International Meeting on "Best-Estimate" Methods in Nuclear Installation Safety Analysis (BE-2000), Washington, DC.

15- Taylor, G.I. (1954). “The coefficients of viscosity for an incompressible liquid containing air bubbles.” Proc. R. Soc. A., 226, 34-39.

16- Van Wijngaarden, L., (1976). “Some problems in the formulation of the equations for gas/liquid flows.”
W. T. Koiter, W.T. (Ed.) Theoretical and applied mechanics, North-Holland, Amsterdam.

17- Ewing, D.J.F. (1980). “Allowing for free air in water hammer analysis.” Proc. 3rd Int. Conf. on Pressure surges, Canterbury, HBRA, Cranfield, 80-90