Investigation of Different Numerical Modellings of Transient Flows in Storm Water Systems

Le transport des eaux pluviales dans des conditions de surface libre est le but des systèmes d'eaux pluviales (SWS). La nature du remplissage rapide des SWS ou de la maintenance aux limites peut conduire à la propagation des ondes et à l'altération de l'écoulement à surface libre en un écoulement partiellement pressurisé et au piégeage des poches d'air qui peuvent alors conduire à de graves problèmes tels que des geysers, des dommages aux infrastructures publiques et privées, des explosions de regards de recouvrement, des débordements, des inondations de rues, des accidents de la circulation, de graves problèmes électriques, etc. Afin de prévoir avec précision ces types de problèmes et de prévenir de telles conséquences causées par des flux transitoires, les modèles mathématiques doivent être améliorés et la modélisation numérique est désormais devenue incontournable. L'objectif principal de ce projet est d'étudier des modèles numériques d'écoulements transitoires suivis du piégeage des poches d'air dans les SWS. L'étude de cas est la même tout au long du projet et il s'agit d'une conduite reliée à un réservoir à l'extrémité amont et en contact avec l'air atmosphérique à l'extrémité aval. Une partie amont du tuyau contient un écoulement sous pression et le reste contient un écoulement à surface libre. L'extrémité aval est fermée soudainement par une valve et la poche d'air est formée et piégée.

Abstract

Conveying storm water under free-surface conditions is the purpose of Storm Water Systems (SWSs). The nature of rapid filling in SWSs or maintenance at boundaries can lead to surge propagation and alteration of the free-surface flow to a partially pressurized flow and forming air pocket entrapment which can then lead to severe problems such as geysers, damage of public and private infrastructures, blowing off of covering manholes, overflows, street inundations, traffic accidents, severe electrical problems, and so forth. In order to accurately predict these kinds of problems and prevent such consequences caused by transient flows, mathematical models need to be improved and numerical modelling has now become unavoidable. The main objective of this project is to study numerical models of transient flows followed by the air pocket entrapment in SWSs. The case study is the same all along the project and it is a pipe connected to a reservoir at the upstream end and has contact with the atmospheric air at the downstream end. An upstream part of the pipe contains a pressurized flow and the rest contains a free-surface flow. The downstream end is suddenly closed with a valve and the air pocket is formed and entrapped.