بررسي عددي نشت از لوله‌هاي فولادي مستغرق در آب با استناد به نتايج آزمايشگاهي لوله‌هاي غير مستغرق

Numerical Investigation of Leakage from Steel Pipes Submerged in Water Based on the Experimental Results of Non-submerged Pipes

تاكنون تحقيقات اندكي بر روي تأثير شرايط محيطي بر دبي خروجي از محل نشت انجام شده است. برخي از اين تحقيقات نشان مي‌دهند كه شرايط محيطي مي‌توانند بر دبي نشت تأثيرگذار بوده و در مقابل برخي ديگر تأثير اين شرايط را كاملاً رد مي‌كنند. در همين راستا با هدف بررسي تأثير شرايط محيطي بر دبي نشت، آزمون‌هايي بر روي مجموعه آزمايشگاهي گردشي تحت فشار بالا ساخته ‌شده در دانشكده فني دانشگاه تهران، انجام شد. آزمون‌ها در حالت تخليه به هواي آزاد، بر روي يك لوله فولادي به قطر 110 ميلي‌متر و با منفذ نشت مدور، در محدوده وسيعي از فشارها تا فشار 50 متر انجام شد. در ادامه با استناد به نتايج آزمون‌هاي آزمايشگاهي، مجموعه آزمايش در محيط نرم‌افزار انسيس مدل‌سازي عددي شده و يك مدل رياضي آشفتگي مناسب براي آن استخراج شد. سپس به كمك تحليل عددي در حالت مستغرق در آب، به بررسي تأثير شرايط محيطي بر روي دبي نشت پرداخته شد. نتايج حاصل از اين تحقيق، نشان مي‌دهد كه وجود آب و نوسانات فشار در محل جت مستغرق، بر دبي خروجي از محل نشت تأثيرگذار بوده و مقدار آن را در مقايسه با نشت در حالت تخليه به هواي آزاد كاهش مي‌دهد. بر اساس نتايج حاصل، اثر اين كاهش فشار در فشارهاي حدود 5 متر، مي‌تواند تا حدود 55 درصد بر دبي خروجي از محل نشت در حالت مستغرق نسبت به حالت نشت در هواي آزاد اثرگذار باشد؛ اما در فشارهاي بالاي 20 متر اين اثر ناچيز بوده و به زير 10 درصد كاهش مي‌يابد. البته مقدار اين كاهش به تراز ارتفاعي آب روي محل نشت و ميزان فشار داخل لوله بستگي دارد. درنهايت رابطه‌اي بين دبي خروجي از محل نشت و فشار داخل مجموعه ارائه شده است.

Few studies are made about the effect of environmental conditions on the leakage flow rate. Some of these researches show that environmental conditions play an important role in leakage flow rate. On the contrary, there are other researches opposing this idea. The purpose of this research is to investigate evidence of the effect of environmental conditions on leakage flow rate. Based on this idea, some tests were carried out in the college of engineering at the university of Tehran, using a circular experimental set up at high pressure discharging to the atmosphere. Various ranges of pressure up to 50 m of water were imposed on a 110 mm diameter aged steel pipe with some holes on the pipe surface. In the next step, by using the experimental results, an analytical model in ANSYS software was developed and outputs were compared with experimental data. Later a proper mathematical turbulent model was derived. Furthermore, the effect of submerged conditions was investigated by this appropriate numerical model. The results of this research showed that static pressure fluctuations in submerged jet had significant effect on discharge and the rate of leakage was reduced in comparison with atmospheric discharge. According to the results, pressure reduction in 5 m head pressure could affect the leakage discharge under submerged condition up to 55 percent when compared with the case of discharging to the atmosphere. With pressures above 20 m, smaller changes were observed. These changes were limited to less than 10 percent. The aforementioned reduction depended on the imposed head of water at leakage point and pressure value inside the pipe. Finally, a relationship between leakage outflow and internal pressure of pipe was proposed.