مقایسه حل دوبعدی و یک بعدی استهلاک نوسانهای فشاری ضربه قوچ با ضریب اصطکاک حالت دائم و غیر دائم

به علت تغییر در شرایط شیرها، راه اندازی یا متوقف شدن پمپ ها یا تغییر بار مصرفی توربین ها در خطوط لوله، جریان گذرایی ایجاد شده و پدیده ای اتفاق می افتد که به آن ضربه قوچ می گویند. در چنین شرایطی، یک موج فشاری تولید می شود. عامل مستهلک شدن این امواج تنش برشی دیواره است. مقایسه نتایج تجربی و تئوری نشان داده است که در مدل سازی استهلاک امواج فشاری، استفاده از ضریب اصطکاک دائم یا شبه دائم در مدل های یک بعدی، به پیش بینی غلط رویدادها منجر می شود. در حقیقت پروفیل های سرعت در شرایط واقعی غیر دائم، گرادیان های شدیدتری داشته و در نتیجه تنش برشی از حالت دائم بیشتر خواهد بود. به علاوه در جریان گذرا ممکن است تنش برشی روی دیوار با متوسط جریان هم فاز نباشد. این وابستگی ضریب اصطکاک به فرکانس، در مدل های یک بعدی به وضوح مشخص نیست. در نتیجه مطمئن ترین روش مدل سازی جریان گذرا روش دوبعدی است که در آن پروفیل سرعت در هر لحظه به دست می آید؛ اگر چه روش های دو بعدی با وجود دقت بالا، از نظر حجم محاسبات پر هزینه هستند. در این مقاله شرایط گذرای سیستم شیر-لوله-مخزن به صورت دوبعدی برای جریان آرام و آشفته شبیه سازی شده است. در جریان آشفته از فرضیه طول اختلاط پرانتل برای مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج حاصل از این روش با نتایج به دست آمده از مدل های یک بعدی با ضرایب اصطکاک دائم و غیر دائم (مدل برونون) نیز مقایسه شده است. در مدل سازی حاضر برای کاهش حجم محاسبات و زمان اجرا، در جمله غیر خطی تنش برشی در مدل آشفتگی از فیزیک مساله استفاده شده است. مقایسه نتایج روش دو بعدی با نتایج تجربی و نیز نتایج یک بعدی نشان می دهد که روش حاضر به خوبی می تواند استهلاک نوسانات را پیش بینی کند.