Undersøgelse af forskydningsspændinger i skyllesystemer
Oversat titel
Investigation of Bed Shear Stress in Flushing Systems
Forfatter
Thomsen, Emil Aagaard
Semester
4. semester
Uddannelse
Udgivelsesår
2015
Afleveret
2015-06-10
Antal sider
69
Abstract
I dette projekt undersøger vi de forskydningsspændinger (den trækkraft, vandet udøver på rørets bund og vægge), der opstår, når et skyllesystem frigiver en stor vandmængde over kort tid. Almindelig rørdimensionering bygger ofte på antagelse om stationær og ensformig strømning, men under skyl ændrer strømningen sig hurtigt og er ikke ens overalt. Hastighedsgradienterne er derfor store i starten og flader ud, efterhånden som rørets modstand dæmper skyllebølgen. Det betyder, at forskydningsspændingerne varierer kraftigt (ofte eksponentielt) langs ledningen, og projektet undersøger, hvordan dette forløb kan beregnes. Vi opstiller et praktisk forsøg til at validere en numerisk 1D-model i programmet Mike Urban og vurderer, om modellen kan genskabe bølgerne i forsøget og de tilhørende forskydningsspændinger. Derudover lægges sediment i kanalen for at undersøge sammenhængen mellem skyllevolumen og den mængde sediment, der transporteres. Den målte transport sammenlignes med forskydningsspændinger beregnet med forskellige teorier og Mike Urbans indbyggede beregningsmodul. Resultaterne viser, at forskydningsspændingerne i starten af systemet er langt højere end forudsagt af simpel bundforskydningsteori, fordi hastighederne er meget høje, når en stor vandmængde frigives hurtigt. Mike Urbans sedimenttransportmodul er begrænset af disse høje startspændinger og kan først anvendes efter en vis dæmpningsperiode af skyllebølgen. Et kort casestudie af Damhusledningen i København bekræfter de samme tendenser som i forsøget: høje indledende forskydningsspændinger og en tydelig dæmpning over tid.
This project examines the shear stresses (the drag force water exerts on the pipe bed and walls) that arise when a flushing system releases a large volume of water over a short time. Standard pipe design often assumes steady, uniform flow, but during a flush the flow changes rapidly and is not uniform everywhere. Velocity gradients are large at the beginning and flatten as pipe resistance damps the flushing wave. As a result, shear stresses vary strongly (often exponentially) along the pipe, and we investigate how to compute this evolution. We set up a practical experiment to validate a numerical 1D model in the Mike Urban program and assess whether the model can reproduce the waves observed in the experiment and the resulting shear stresses. Sediment was placed in the channel to study the relationship between flushing volume and the amount of sediment transported. The measured transport is compared with shear stresses calculated using different theories and Mike Urban’s built-in calculation module. The findings show that shear stresses at the start of the system are much higher than predicted by simple bed-shear theory, because velocities are very high when a large amount of water is released quickly. Mike Urban’s sediment transport module is limited by these high initial stresses and can be used only after a damping period of the flushing wave. A short case study of the Damhus pipeline in Copenhagen confirms the same tendencies as in the experiment: high initial shear stresses and clear damping over time.
[Dette resumé er genereret ved hjælp af AI]
Emneord