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

به علت تغییر در شرایط شیرها، راه‌اندازی یا متوقف شدن پمپ‌ها یا تغییر بار مصرفی توربین‌ها در خطوط لوله، جریان گذرایی ایجاد شده و پدیده‌ای اتفاق می‌افتد که به آن ضربة قوچ می‌گویند. در چنین شرایطی، یک موج فشاری تولید می‌شود. عامل مستهلک شدن این امواج تنش برشی دیواره است. مقایسه نتایج تجربی و تئوری نشان داده است که در مدل‌سازی استهلاک امواج فشاری، استفاده از ضریب اصطکاک دائم یا شبه دائم در مدل‌های یک بعدی، به پیش‌بینی غلط رویدادها منجر می‌شود. در حقیقت پروفیل‌های سرعت در شرایط واقعی غیر دائم، گرادیان‌های شدیدتری داشته و در نتیجه تنش برشی از حالت دائم بیشتر خواهد بود. به‌علاوه در جریان گذرا ممکن است تنش برشی روی دیوار با متوسط جریان هم‌فاز نباشد. این وابستگی ضریب اصطکاک به فرکانس، در مدل‌های یک بعدی به‌وضوح مشخص نیست. در نتیجه مطمئن‌ترین روش مدل‌سازی جریان گذرا روش دوبعدی است که در آن پروفیل سرعت در هر لحظه به‌دست می‌آید؛ اگر چه روشهای 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 شبیه‌سازی شده است. در جریان آشفته از فرضیه طول اختلاط پرانتل برای مدل‌سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج حاصل از این روش با نتایج به‌دست آمده از مدل‌های یک بعدی با ضرایب اصطکاک دائم و غیر دائم (مدل برونون) نیز مقایسه شده است. در مدل‌سازی حاضر برای کاهش حجم محاسبات و زمان اجرا، در جمله غیر خطی تنش برشی در مدل آشفتگی از فیزیک مسأله استفاده شده است. مقایسه نتایج روش دو بعدی با نتایج تجربی و نیز نتایج یک بعدی نشان می دهد که روش حاضر به‌خوبی می‌تواند استهلاک نوسانات را پیش‌بینی کند.