Improved method for simulating transients of turbulent pipe flow

The paper presents the problem of modelling and simulation of transients during turbulent fluid flow in hydraulic pipes. The instantaneous wall shear stress on a pipe wall is presented in the form of integral convolution of a weighting function and local acceleration of the liquid. This weighting function depends on the dimensionless time and Reynolds number. Its original, very complicated mathematical structure is approximated to a simpler form which is useful for practical engineering calculations. The paper presents an efficient way to solve the integral convolution based on the method given by Trikha (1975) for laminar flow. An application of an improved method with the use of the Method of Characteristic for the case of unsteady flow (water hammer) is presented. This method is characterised by high efficiency compared to traditional numerical schemes.

Artykuł przedstawia zagadnienie modelowania i symulacji przebiegów przejściowych podczas turbulentnego przepływu cieczy w przewodach ciśnieniowych. Chwilowe naprężenie styczne na ściance przewodu przedstawiono w postaci całki splotowej z funkcji wagi i przyspieszenia cieczy. Funkcja wagi dla naprężenia stycznego na ściance przewodu zależy od czasu bezwymiarowego i liczby Reynoldsa. Ma ona zawiłą postać matematyczną, dlatego aproksymowano ją do prostszej postaci, przydatnej do praktycznych obliczeń inżynierskich. Przedstawiono efektywny sposób rozwiązania całki splotowej, opierając się na metodzie podanej przez Trikha (1975) dla przepływu laminarnego. Podano zastosowanie ulepszonej metody symulacji naprężenia stycznego do metody charakterystyk podczas uderzenia hydraulicznego. Charakteryzuje się ona dużą efektywnością w stosunku do metody tradycyjnej.