بررسی آزمایشگاهی نوسانات فشار در مقطع مجاری آب‌بر حاوی جریان ناپایدار آب و هوا

نویسندگان

چکیده

بررسی ویژگیهای هیدرولیکی جریانهای دو فازی، یکی از موضوعات مهم و اساسی در مهندسی هیدرولیک است. این نوع جریان در سازه‌هایی نظیر تونلهای تحت فشار، کالورتها، مجاری انتقال فاضلاب و اتصالات رخ می‌دهد. جریانهای دو فازی بر حسب شرایط هندسی و مشخصات فیزیکی سیالات و مشخصات هیدرولیکی جریان نظیر دبی‌های هوا و آب و شیب مجرا، به گروههای مختلفی نظیر حبابی، لایه نازک و یا توده‌ای تقسیم‌بندی می‌شوند. الگوی جریان چگونگی توزیع هر فاز جریان در برابر فاز دیگر است. از مهمترین الگوهای محتمل جریان آب و هوا در مجاری تحت‌فشار نظیر تونلهای آب‌بر می‌توان به الگوهای لخته‌ای، موجی و چینه‌ای اشاره کرد. ورود هوا به داخل آب و تشکیل جریان دو‌ فازی واکنشهای شدید بین دو فاز و نوسانات شدید فشار را به همراه دارد و در نتیجه می‌تواند خسارتهای قابل ملاحظه‌ای در سازه تونل و تأسیسات جانبی ایجاد کند. در این مقاله نتایج آزمایشات انجام شده روی مدل آزمایشگاهی تونل تحت‌فشار که حاوی جریان همزمان آب و هواست، ارائه می‌شود. تحلیل نتایج نشان می‌دهد، با ورود هوا به تونل و شکل‌گیری جریان دو‌ فازی، نوسانات شدید فشار در مجرا به وجود آمده و بسته به مشخصات هندسی مجرا و هیدرولیکی جریان، فشار ماکزیمم وارد بر مجرا می‌تواند تا 10 برابر فشار هیدرواستاتیکی افزایش یابد. نتایج ارائه شده منحنیها و روابطی‌اند که نوسانات فشار (مقادیر فشار ماکزیمم و می‌نیمم) وارده بر مجرا و مرز‌بندیهای جریان و مشخصات هیدرولیکی ناپایداری را بر حسب متغیرهای هندسی مجرا و هیدرولیکی جریان نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Results of Pressure Fluctuations in a Water Conduit Section Due to Formation of Unstable Two-Phase Air-Water Flow

نویسندگان [English]

  • A.B. Kabiri Samani
  • M. Borgheie and M.H Saeidi
چکیده [English]

The study of two-phase fluid flow behavior in hydraulic structures such as pressurized flow tunnels, culverts, sewer pipes, junctions and other similar conduits is of great importance. A two-phase mixture flowing in a pipe can exhibit several interfacial geometries such as bubbles, slugs or films, depending on the fluid and hydrodynamic properties of flow. The main variables, giving rise to a variety of flow patterns, include relative discharge rate of fluids and the pipe slope. The flow patterns mostly attainable with air and water include stratified include and slug patterns. In this paper, the experimental results of pressurized water tunnel model are presented. The results include pressure transient and its variations for different hydraulic and geometric properties. It is shown that trapped and released air can cause tremendous pressure surges in the system and, eventually, may cause failure in systems (e.g. the maximum pressure inside the pipe would reach up to 10 times of upstream hydrostatic pressure). Finally, relations for forecasting maximum and minimum pressure in these situations are presented as a function of mean pressure, flow characteristics and pipe geometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two-phase flow
  • Flow pattern
  • Slug flow
  • Pressure fluctuations
  • Experimental model

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی