Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani,Ahmad Reza Pishevar,Mohsen DavazdahEmami
محمدرضا چمنی (استاد راهنما) احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) محسن دوازده امامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Milad Latifi Alavije
میلاد لطیفی علویجه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385
: Water transmission pipelines play an important role in cities water demand supply. Among transient phenomena in water pipelines, water hammer is the most important phenomenon due to its inherent safety problems. Analyzing the water hammer is an important part of designing water pipelines. So far, many different methods have been proposed for analyzing this phenomenon. In this study, the finite volume method (FVM) is applied to solve water hammer problems with complex boundary conditions. In Roe’s scheme, primarily governing equations are discretized and values of pressure head and velocity in each cell at new time step is computed using the values at the previous time step, flux differences at interfaces and values of source term. In the present work, the one-step Roe’s method was used. In addition, Method of Characteristics (MOC) with spatial interpolation is applied to compute the boundary values. Boundary conditions which are considered in this research include reservoirs, valves, series pipes, pumps (with constant speed and shut-off), surge tanks and air chambers. Six sample cases were selected to validate the obtained equations and to compare the results of the present method with other numerical methods. In the first case, a pipeline including a reservoir at upstream, a pipe and a valve at downstream was selected, in which sudden closure of valve causes transient flow in the pipe. Roe’s scheme results were compared with MOC results as well as with the experimental data. It is observed that Roe’s scheme results depend on the courant number (Cr), and courant number should be close to 1.0 to obtain accurate results. Furthermore, Roe’s scheme results were similar to MOC results. In the second case, another pipe was added to the previous pipeline to investigate the series pipes boundary condition. In this case, results of two methods of Roe and Characteristics are very close and are sensitive to Cr. A pipeline including a pump at upstream, a pipe and a reservoir at downstream was selected as the third case, in which pump shut down causes the water hammer. The Roe’s scheme results are then compared with Finite Element scheme (FEM). It is found that, for the same spatial and temporal discretization, both schemes are of equal accuracy. In the fifth case, a pump shut down problem was investigated, in which an air chamber was used to control the cavitation phenomenon in the pipeline. Results of Roe’s scheme and FEM are similar, and using 20 cells in the shortest pipe produced accurate results. In the sixth case, a pipeline with a surge tank analyzed and Roe’s scheme results are compared with MOC results. In this case, 10 cells in the shortest pipe are sufficient for accurate results. In a Separate case, error analyzing was done by using dissipation method, and it was clarified that dissipation of both Roe and MOC are of equal order.
در این پایان‌نامه با به‌کارگیری روش احجام محدود و اعمال شرایط مرزی پیچیده، تحلیل خطوط لوله‌ی انتقال آب صورت گرفته است. در روند انجام پایان‌نامه، ابتدا روابط لازم برای حل مسئله‌ی ضربه‌ی قوچ به دست آمده و سپس روابطی برای اعمال شرایط مرزی به روش مشخصه‌ها نوشته شده است. در این روابط برای محاسبه‌ی اختلاف شار از روش رو یک‌گامی استفاده شده است. در ادامه، تعدادی مسئله‌ی نمونه برای اعتبارسنجی روابط به دست آمده انتخاب شده است. در اولین مدل، مساله‌ای شامل مخزن، لوله و شیر انتخاب شد که در آن بستن شیر عامل ناماندگاری جریان است. تحلیل این مسئله نشان داد که نتایج روش رو و روش مشخصه‌ها بسیار نزدیک به‌هم می‌باشند و نتایج حاصل از روش رو اختلاف اندک با نتایج تجربی دارد. در این مسئله همچنین ملاحظه شد که حل مسئله به روش رو حساسیت زیادی نسبت به عدد کورانت دارد و برای حفظ دقت نتایج باید عدد کورانت تا حد امکان به 00/1 نزدیک باشد. در مسئله‌ی انتخاب شده ایجاد پنج تقسیم در لوله، استقلال جواب از شبکه‌ی محاسباتی را به دنبال دارد. با این حال، سرعت اجرای روش روی مرتبه‌ی اول از روش مشخصه‌ها کمتر است. در مدل دوم، همین مسئله با دو لوله‌ی سری حل شد که نتایج مشابهی را به دنبال داشت. در مدل سوم، مساله‌ای با پمپ در پایین‌دست، لوله و مخزن در بالادست انتخاب شد که در آن، از کار افتادن پمپ عامل ایجاد ضربه‌ی قوچ است. در این مسئله نتایج روش رو با روش اجزاء محدود مقایسه شد که نشان‌دهنده‌ی انطباق بالای دو روش بود. در مساله‌ی چهارم، مدلی مشابه مدل قبل انتخاب شد که در آن بستن شیر عامل ناماندگاری در جریان بود. در این مسئله نیز تطابق زیادی بین روش‌های رو و اجزای محدود ملاحظه گردید. در دو مسئله‌ی اخیر، تعداد تقسیمات لازم در کوتاه‌ترین لوله برای استقلال حل از شبکه‌ی محاسباتی، چهار برابر دو مسئله‌ی اول و دوم است. مسئله‌ی پنجم طوری انتخاب شد که در خط لوله، مخزن هوا برای کنترل امواج فشاری تولید شده در اثر خاموش شدن پمپ وجود داشته باشد. حل این مساله، با همان تعداد تقسیمات مسئله‌ی قبل به دقت کافی می‌رسد. همچنین، مقایسه‌ی نتایج روش رو و اجزاء محدود تفاوت اندک دو روش را نشان می‌دهد. در آخرین مدل، مساله‌ای درنظر گرفته شده که در آن از مخزن ضربه‌گیر برای کنترل ضربه‌ی قوچ استفاده شده است. در این مساله، استفاده از تقسیماتی به اندازه‌ی نصف تقسیمات مسئله‌ی قبل، دقت کافی را فراهم می‌کند. مقایسه‌ی نتایج روش رو با روش مشخصه‌ها حاکی از نزدیکی نتایج دو روش است. با مطالعه‌ی مدلی با شرایط مرزی ساده، آنالیز خطا با توجه به هدردهی عددی انجام گرفت. در این بررسی نیز نشان داده شد که هدردهی عددی روش روی مرتبه‌ی اول با روش مشخصه‌ها یکسان است. در نهایت ملاحظه شد که به‌کارگیری روش روی مرتبه‌ی اول برای مسائل مهندسی عمران از دقت کافی برخوردار است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی