Análisis implícito del flujo transitorio de agua con aire disuelto

J. Twyman

Resumen

Se aplica el método de diferencias finitas implícito (MDFI) para resolver el flujo transitorio en un sistema que transporta agua con aire disuelto utilizando una malla espacio-tiempo rectangular fija (o variable) definida por el método del paso de tiempo especificado. El contenido de aire en el fluido modifica tanto la velocidad de la onda como el número de Courant, lo cual hace inconveniente aplicar el Método de las Características (MC) tradicional y otros esquemas explícitos debido a su imposibilidad para simular los cambios en la magnitud, forma y frecuencia del tren de presiones. La conclusión es que el MDFI entrega una solución precisa y estable, con un buen nivel de ajuste respecto de un caso clásico reportado en la literatura, siendo una alternativa válida para la solución del transitorio en sistemas que transportan agua con aire disuelto.

Palabras clave

aire disuelto; golpe de ariete; método de Lax; método de McCormack; método de las características; método de diferencias finitas implícito

Texto completo:

PDF

Referencias

Bergant, A., Tijsseling, A.S., Vítkovský, J., Covas, D.I.C. 2008. Parameters affecting water-hammer wave attenuation, shape and timing - part 2: case studies. Journal of Hydraulic Research, 46(3), 382-391. https://doi.org/10.3826/jhr.2008.2847

Canelón, D. 2003. Análisis de estabilidad numérica del esquema implícito de los cuatro puntos basado en diferencias finitas. Geoenseñanza, 8(2), 105-113.

Chaudhry, M.H. 1979. Applied hydraulic transients. NY, USA: Van Nostrand Reinhold Co.

Chaudhry, M.H., Yevjevich, V. 1981. Closed-conduit flow. Water Resources Publications, Colorado, USA, 255-278.

García, E., Osorio, J., Cortes, M. 2008. Modelamiento matemático de flujo bifásico: efecto de la velocidad de la onda de presión sobre la magnitud y distribución de presiones. Dyna, 75(154), 47-58.

Ginestar, D. 2016. Métodos directos. Departamento de Matemática Aplicada (Curso 2016-2017), Universidad Politécnica de Valencia (UPV), 58.

Goldberg, D.E., Wylie, E.B. 1983. Characteristics Method using Time-Line Interpolations. Journal of Hydraulic Engineering, 109(5), 670-683. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1983)109:5(670)

Jönsson, L. 1985. Maximum transient pressures in a conduit with check valve and air entrainment. Proceedings of the International Conference on the Hydraulics of Pumping Stations. British Hydromechanics Research Association, Manchester, 55-76.

Kela, L., Vähäoja, P. 2009. Measuring pressure wave velocity in a hydraulic system. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 3(1), 67-73.

Kim, Y.I. 2008. Advanced numerical and experimental transient modeling of water and gas pipeline flows incorporating distributed and local effects. Ph.D. thesis, School of Civil, Environmental and Mining Engineering, The University of Adelaide, Australia.

Lee, T.S., Low, H.T., Nguyen, D.T. 2008. Effects of air entrainment on fluid transients in pumping systems. Journal of Applied Fluid Mechanics, 1(1), 55-61.

León, A., Ghidaoui, M.S., Schmidt, A.R., García, M.H. 2007. An efficient finite-volume scheme for modeling water hammer flows. Journal of Water Management Modeling, R227-21. https://doi.org/10.14796/JWMM.R227-21

Padmanabhan, M. 1976. Wave propagation through flowing gas-liquid mixtures in long pipelines. Ph.D. Thesis, Georgia Institute of Technology, USA.

Salgado, R., Zenteno, J., Twyman, C., Twyman, J. 1993. A hybrid characteristics-finite difference method for unsteady flow in pipe networks. International Conference on Integrated Computer Applications for Water Supply and Distribution, September 7-8, De Montfort University, Leicester, U.K., 139-149.

Salih, A. 2010. Tridiagonal matrix algorithm. Department of Aerospace Engineering, Indian Institute of Space Science and Technology, Thiruvananthapuram. https://www.iist.ac.in/sites/default/files/people/tdma.pdf

Sepehran, M., Badri, M. 2012. Water hammer simulation by implicit finite difference scheme using non-symmetrical staggered grid. The 9th WSEAS Int. Conf. on Fluid Mechanics 12, Harvard, Cambridge, USA.

Svindland, R.C. 2005. Predicting the location and duration of transient induced low or negative pressures within a large water distribution system. Master of Science Thesis, Graduate School, University of Kentucky (USA).

Twyman, J. 2016a. Golpe de ariete en una red de distribución de agua. Anales del XXVII Congreso Latinoamericano de Hidráulica IAHR (Spain Water & IWHR China), 26-30 de Septiembre, Lima, Perú, pp. 10.

Twyman, J. 2016b. Wave Speed Calculation for Water Hammer Analysis. Obras y Proyectos, UCSC, 20, 86-92. ISSN 0718-2813. https://doi.org/10.4067/S0718-28132016000200007

Twyman, J. 2016c. Water hammer analysis using the Method of Characteristics. Revista de la Facultad de Ingeniería (U. de Atacama), 32(2016), 1-9. http://www.revistaingenieria.uda.cl/publica.php?tipot=1&tipov=2

Twyman, J. 2017a. Métodos para el análisis del flujo transiente en redes de tuberías. Mauritius: Editorial Académica Española.

Twyman, J. 2017b. Water hammer analysis in a water distribution system. Ingeniería del Agua, 21(2), 87-102. https://doi.org/10.4995/ia.2017.6389

Twyman, J. 2017c. Water hammer analysis using a hybrid scheme. Revista Científico Tecnológica, Departamento de Ingeniería de Obras Civiles (RIOC), 7(2017), 16-25. ISSN 0719-0514. http://www.rioc.cl/index.php/RIOC/article/view/16

Twyman, J. 2018. Water hammer analysis using an implicit finite-difference method. Ingeniare, Revista Chilena de Ingeniería, 26(2). ISSN 0718-3305. Versión en línea será publicada en número de Abril-Junio 2018.

Wang S., Sanada K. 2002. A study on estimation of wave speed in a pipe. Fluid Power, Fifth JFPS International Symposium, 865-870. https://doi.org/10.5739/isfp.2002.865

Watters, G.Z. 1984. Analysis and control of unsteady flow in pipelines. Boston, USA: Butterworth-Heinemann, 2nd Edition.

Wylie, B.E., Streeter, V.L. 1978. Fluid transients. McGraw-Hill, 1st Edition. International Book Co., USA.

Abstract Views

471
Metrics Loading ...

Metrics powered by PLOS ALM




Esta revista se publica bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Universitat Politècnica de València

Fundación para el Fomento de la Ingeniería del Agua

e-ISSN: 1886-4996     ISSN: 1134-2196

  

https://doi.org/10.4995/ia