مقايسه حل دوبعدي و يك‌بعدي استهلاك نوسانهاي فشاري ضربه قوچ با ضريب اصطكاك حالت دائم و غير دائم

به علت تغيير در شرايط شيرها، راه‌اندازي يا متوقف شدن پمپ‌ها يا تغيير بار مصرفي توربين‌ها در خطوط لوله، جريان گذرايي ايجاد شده و پديده‌اي اتفاق مي‌افتد كه به آن ضربة قوچ مي‌گويند. در چنين شرايطي، يك موج فشاري توليد مي‌شود. عامل مستهلك شدن اين امواج تنش برشي ديواره است. مقايسه نتايج تجربي و تئوري نشان داده است كه در مدل‌سازي استهلاك امواج فشاري، استفاده از ضريب اصطكاك دائم يا شبه دائم در مدل‌هاي يك بعدي، به پيش‌بيني غلط رويدادها منجر مي‌شود. در حقيقت پروفيل‌هاي سرعت در شرايط واقعي غير دائم، گراديان‌هاي شديدتري داشته و در نتيجه تنش برشي از حالت دائم بيشتر خواهد بود. به‌علاوه در جريان گذرا ممكن است تنش برشي روي ديوار با متوسط جريان هم‌فاز نباشد. اين وابستگي ضريب اصطكاك به فركانس، در مدل‌هاي يك بعدي به‌وضوح مشخص نيست. در نتيجه مطمئن‌ترين روش مدل‌سازي جريان گذرا روش دوبعدي است كه در آن پروفيل سرعت در هر لحظه به‌دست مي‌آيد؛ اگر چه روشهاي دو بعدي با وجود دقت بالا، از نظر حجم محاسبات پر هزينه هستند. در اين مقاله شرايط گذراي سيستم شير-لوله-مخزن به صورت دوبعدي براي جريان آرام و آشفته شبيه‌سازي شده است. در جريان آشفته از فرضيه طول اختلاط پرانتل براي مدل‌سازي آشفتگي استفاده شده است. نتايج حاصل از اين روش با نتايج به‌دست آمده از مدل‌هاي يك بعدي با ضرايب اصطكاك دائم و غير دائم (مدل برونون) نيز مقايسه شده است. در مدل‌سازي حاضر براي كاهش حجم محاسبات و زمان اجرا، در جمله غير خطي تنش برشي در مدل آشفتگي از فيزيك مسأله استفاده شده است. مقايسه نتايج روش دو بعدي با نتايج تجربي و نيز نتايج يك بعدي نشان مي دهد كه روش حاضر به‌خوبي مي‌تواند استهلاك نوسانات را پيش‌بيني كند.