Comparison of 1D Euler equation based and 3D Navier-Stokes simulation methods for water hammer phenomena - Vovk, Nejc (Strojniški vestnik, 2025)
Pojav vodnega udara v cevovodih lahko povzroči porast tlaka, kar vodi do strukturnih okvar cevovodov. Ta študija predstavlja primerjalno analizo dveh numeričnih pristopov za simulacijo vodnega udara: enodimenzionalni (1D) neviskozni model z dodanim trenjem, ki temelji na Eulerjevih enačbah in metodi karakteristik, ter tridimenzionalni (3D) viskozni model, ki uporablja Navier-Stokesove enačbe v OpenFOAM simulacijskem okolju. Najprej je prikazana validacija pristopov, nato obe metodi uporabimo za simulacijo 3,4 km dolgega cevovoda DN400, ki je izpostavljen nenadni okvari črpalke, kjer analiziramo tlačni udar s pretrganjem vodnega stoplca. 1D model učinkovito napoveduje prehodne tlačne valove in kavitacijske pogoje z minimalnimi računskimi stroški, medtem ko 3D model zagotavlja podrobno študijo dinamike večfaznega toka, vključno z rastjo in kolapsom kavitacijskih mehurjev po metodi končnih volumnov. Za ublažitev neželenih efektov je predlagan kombinirani zračni ventil, za katerega smo dokazali učinkovitost pri zmanjševanju tlačnega udara in kavitacije. Rezultati poudarjajo kompromise med računsko učinkovitostjo in natančnostjo pri modeliranju pojavov vodnega udara in poudarjajo pomen zaščitnih ukrepov v cevovodnih sistemih.
Keywords: cavitation; CFD; Euler equation; Eulerjeva enačba; kavitacija; method of characteristics; metoda karakteristik; Navier-Stokes equations; Navier-Stokesove enačbe; OpenFOAM; pretrganje vodnega stolpca; vodni udar; water column separation; water hammer