مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل منابع خطا در شبیه سازی جریان گذرا در خطوط لوله با استفاده از روش ماتریس انتقال در حوزه فرکانس

نویسندگان
محمد مهدی ریاحی 1
علی حقیقی 2
1 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز
2 استاد گروه مهندسی عمران دانشگاه شهید چمران اهواز
چکیده
جریان‌های گذرا را می‌توان علاوه بر تحلیل در حوزه‌ی زمان در حوزه‌ی فرکانس نیز تحلیل کرد. از مزایای استفاده از حوزه‌ی فرکانس وابسته نبودن این حوزه به تقسیمات مکانی و زمانی است. همین عامل سبب کاهش زمان انجام محاسبات می‌شود. برای تحلیل جریان‌های گذرا در حوزه‌ی فرکانس باید ترم‌های غیر‌خطی معادلات حاکم و شرایط مرزی خطی شوند. همین عامل سبب بروز خطاهایی در خروجی حوزه‌ی فرکانس نسبت به مدل دقیق روش خطوط مشخصه (MOC) می‌شود. شناخت تاثیر هر‌یک از ترم‌های غیر‌خطی به صورت جداگانه در خطای ایجاد شده در حوزه‌ی فرکانس باعث بینش بیش‌تر نسبت به این حوزه ‏و زمینه‌ساز فعالیت‌های آتی برای بهبود این حوزه می‌شود. در این تحقیق با استفاده از یک سیستم مخزن لوله شیر (RPV) که به صورت نوسانی تحریک پیدا کرده است تاثیرات جداگانه‌ی هر‌یک ‏از ترم‌های غیرخطی اصطکاک ماندگار و شیر در خطای ایجاد شده در خروجی حوزه‌ی فرکانس نمایش داده شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که تاثیر ترم اصطکاک ماندگار بر خطای ایجاد شده در خروجی حوزه ی فرکانس بسیار ناچیز است در حالی که ترم غیر خطی شیر عامل اصلی ایجاد خطا در حوزه‌ی فرکانس است.
کلیدواژه‌ها
جریان های گذرا
حوزه ی فرکانس
حوزه ی زمان

عنوان مقاله English

Investigation of error resources in the transient flow simulation of pipelines in the frequency domain using the transfer matrix method

نویسنده English

Mohammad Mehdi Riyahi 1
1 Civil engineering department, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده English

Transient flows can also be analyzed in frequency domain in addition to time domain. The frequency domain needs no discretization in time and space and this is a one of the advantages of using this domain. Due to this reason, time of computations is reduced. For the frequency analysis of transient flows, the non-linear terms of governing equations and boundary conditions must be linearized. This causes errors in the output of the frequency domain over the exact model of the characteristics method (MOC). Understanding the effect of each non-linear terms separately in the error caused by the frequency domain leads to a greater insight into this domain and provides the basis for future activities to improve this domain. In this study, the individual effects of each non-linear terms of steady friction and valve in the generated error at the frequency domain output are shown by using a Reservoir-Pipe-Valve (RPV) system which has been excited oscillatory. This study has been shown that the effect of the friction term of steady flow on the generated error at the output of frequency domain is negligible, while the nonlinear term of the valve is the main cause of the error in the frequency domain.

کلیدواژه‌ها English

Transient flows
Frequency domain
time domain
[1] J. Izquierdo, P. Iglesias, Mathematical modelling of hydraulic transients in simple systems, Mathematical and Computer Modelling, Vol. 35, No. 7-8, pp. 801-812, 2002.
[2] D. J. Wood, S. Lingireddy, P. F. Boulos, B. W. Karney, D. L. McPherson, Numerical methods for modeling transient flow in distribution systems, Journal (American Water Works Association), Vol. 97, No. 7, pp. 104-115, 2005.
[3] M. Zhao, M. S. Ghidaoui, Godunov-type solutions for water hammer flows, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 130, No. 4, pp. 341-348, 2004.
[4] H. M. Sam Ani, A. Khayatzadeh, Transient flow in pipe networks, Journal of Hydraulic Research, Vol. 40, No. 5, pp. 637-644, 2002.
[5] P. J. Lee, H.-F. Duan, M. Ghidaoui, B. Karney, Frequency domain analysis of pipe fluid transient behaviour, Journal of hydraulic research, Vol. 51, No. 6, pp. 609-622, 2013.
[6] M. H. Ranginkaman, A. Haghighi, H. M. V. Samani, Application of the Frequency Response Method for Transient Flow Analysis of Looped Pipe Networks, International Journal of Civil Engineering, Vol. 15, No. 4, pp. 677-687, 2017.
[7] A. Riasi, A. Nourbakhsh, M. Raisee, Numerical modeling for hydraulic resonance in hydropower systems using impulse response, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 136, No. 11, pp. 929-934, 2010.
[8] C. Capponi, M. Ferrante, A. C. Zecchin, J. Gong, Leak Detection in a Branched System by Inverse Transient Analysis with the Admittance Matrix Method, Water Resources Management, pp. 1-15, 2017.
[9] M. Ranginkaman, A. Haghighi, H. Vali Samani, Inverse frequency response analysis for pipelines leak detection using the particle swarm optimization, Iran University of Science & Technology, Vol. 6, No. 1, pp. 1-12, 2016.
[10] H. Duan, P. Lee, M. S. Ghidaoui, J. Tuck, Transient wave-blockage interaction and extended blockage detection in elastic water pipelines, Journal of fluids and structures, Vol. 46, No. 1, pp. 2-16, 2014.
[11] H.-F. Duan, P. J. Lee, A. Kashima, J. Lu, M. S. Ghidaoui, Y.-K. Tung, Extended blockage detection in pipes using the system frequency response: analytical analysis and experimental verification, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 139, No. 7, pp. 763-771, 2013.
[12] P. J. Lee, J. P. Vítkovský, A. R. Simpson, M. E. Lambert, J. A. Liggett, Leak detection in pipes by frequency response method using a step excitation: By W. Mpesha, M. H. Chaudhry, and S. L. Gassman, Journal of Hydraulic Research, Volume 40, No. 1, pp. 55-62, 2003.
[13] P. J. Lee, J. P. Vítkovský, Quantifying linearization error when modeling fluid pipeline transients using the frequency response method, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 136, No. 10, pp. 831-836, 2010.
[14] P. J. Lee, Energy analysis for the illustration of inaccuracies in the linear modelling of pipe fluid transients, Journal of Hydraulic Research, Vol. 51, No. 2, pp. 133-144, 2013.
[15] M. S. Ghidaoui, M. Zhao, D. A. McInnis, D. H. Axworthy, A review of water hammer theory and practice, Applied Mechanics Reviews, Vol. 58, No. 1/6, pp. 49, 2005.
[16] M. H. Chaudhry, Applied Hydraulic Transients, pp. 65-326, New York: Springer New York, 2014.
[17] E. B. Wylie, V. L. Streeter, L. Suo, Fluid transients in systems, pp. 205-236, New York: Prentice Hall Englewood Cliffs, NJ, 1993.
[18] M. Ferrante, B. Brunone, Pipe system diagnosis and leak detection by unsteady-state tests. 1. Harmonic analysis, Advances in Water Resources, Vol. 26, No. 1, pp. 95-105, 2003.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 2
اردیبهشت 1397
صفحه 10-18