Physical aspects of air in pipe systems, including its effect on pipeline flow capacity and surge pressure (water hammer)
Author
Martinez Gomez, Andres
Term
4. term
Publication year
2018
Submitted on
2018-06-08
Abstract
Tilstedeværelsen af luft i rørsystemer kan medføre funktionsproblemer, som traditionelle transientsanalyser uden luft ikke nødvendigvis forudsiger. Dette speciale gennemgår de grundlæggende begreber for transiente strømninger (vandstød) og de tilhørende ligninger, beskriver almindelige kilder til luft i ledninger samt luftens potentielle indvirkning på trykstød og gennemstrømningskapacitet. Metoden for karakteristik anvendes til at beregne trykhoved og strømningshastighed, og der udvikles MATLAB‑programmer til at løse forskellige scenarier både med og uden luft (bl.a. pumpestop ved strømsvigt, lækage, dampkaviteter og luftlommer). Derudover benyttes en Volume of Fluid‑model i STAR‑CCM+ til at simulere tofaset adfærd og luftlommers dynamik. Resultaterne præsenteres og diskuteres og, hvor det er muligt, sammenholdes de med eksperimentelle data fra litteraturen. Arbejdet har til formål at forbedre forståelsen og forudsigelsen af trykstød i nærvær af luft for at understøtte sikkerere design og drift af rørsystemer.
The presence of air in pipeline systems can lead to malfunctions that transient analyses ignoring air may fail to predict. This thesis reviews fundamental concepts and equations of transient flow (water hammer), outlines common sources of air in pipelines, and discusses how air can alter surge pressures and flow capacity. The Method of Characteristics is used to compute pressure head and velocity, with MATLAB programs developed for several scenarios with and without air (including pump stoppage during power failure, leakage, vapor cavities, and trapped air pockets). In addition, a Volume of Fluid model in STAR‑CCM+ is employed to simulate two‑phase behavior and the dynamics of air pockets. Results are presented and discussed and, where available, compared with published experimental data. The work aims to improve understanding and prediction of surges in the presence of air, supporting safer pipeline design and operation.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents