Numerical investigation of Transient Emptying Process and Pressurization and Depressurization Phenomena in a Pipe Flow

L'exploitation appropriée des réseaux d'égouts sanitaires et pluviaux est essentielle pour prévenir les graves répercussions causées par les écoulements transitoires. Le remplissage rapide ou l'entretien des limites peut entraîner un dépassement de la capacité hydraulique, la propagation des surtensions et l'emprisonnement d'air, ce qui peut causer de graves problèmes tels que les inondations de surface et les inondations des rues, ce qui peut avoir un impact négatif sur la santé et la sécurité publiques. De plus, après d'éventuels événements, lorsque le système revient à des conditions normales, une pression sous-atmosphérique peut se former pendant le processus de vidange, endommageant les infrastructures hydrauliques. En raison de la grande échelle des réseaux d'égouts, une modélisation numérique est nécessaire pour résoudre efficacement ces problèmes. ans la présente étude, le processus de vidange et la dynamique de la cavité d'air sont examinés dans des conditions transitoires puisque dans la littérature, ces phénomènes ont été étudiés dans des conditions de régime permanent, ce qui peut ne pas être le cas en pratique. ANSYS Fluent, un logiciel qui permet de simuler les écoulements de fluides et de gaz, à cet effet. Le premier scénario prévoyait un processus de vidange en régime permanent, qui a été accompli en diminuant progressivement le débit d'entrée. Les résultats ont démontré qu'à mesure que le débit diminuait, le flux se séparait de la couronne du tuyau et l'air commençait à pénétrer à l'intérieur du tuyau, entraînant une pression moins intense devant la cavité tandis que la pression à l'intérieur de la cavité restait atmosphérique. A un endroit précis de la cavité, les lignes de courant deviennent parallèles, indiquant une distribution de pression hydrostatique.»

Abstract

Appropriate sanitary and storm sewer systems operation is essential to prevent serious repercussions caused by transient flows. Rapid filling or repair and maintenance program can result in the exceeding hydraulic capacity, propagation of surges, and air entrapment, which can cause serious issues such as surface flooding, and street inundations and can negatively impact public health and safety. Also, after possible events, when the system returns to normal conditions, sub-atmospheric pressure can form during the emptying process, damaging the hydraulic infrastructures. Due to the large scale of the sewer systems, numerical modeling is needed to effectively address such issues. n the present study, the emptying process and the air cavity dynamics are examined under transient conditions since in the literature, these phenomena have been studied under steady-state conditions, which may not be the case in practice. ANSYS Fluent, a software that permits fluid and gas flow simulation, for this purpose. The first case anticipated a steady-state emptying process, which was accomplished by progressively decreasing the inlet flow rate. The findings demonstrated that as the discharge decreased, the flow separated from the pipe crown, and the air began to intrude inside the pipe, resulting in less intense pressure in front of the cavity while the pressure inside the cavity remained atmospheric. At a specific location of the cavity, the streamlines become parallel, indicating a hydrostatic pressure distribution.»