Analysis of water hammer effects inside pipes using advanced CFD techniques - İstanbullu, Anıl (My University, 2019)
Su darbesi, sıvının hızı ve basıncındaki ani değişmelereden dolayı meydana gelen bir hidrolik olaydır. Bu hız ve basınç değişmelerinin bir kaç sebebi olabilir. Başlıca su darbesi nedenleri için ani vana kapanması, pompa güç ünitesinin bozulmasından dolayı pompanın su basamaması ve boru hattı üzerinde yer alan ekipmanların bozulması şeklinde öreneklendirilebilir. Su darbesi analizini günümüz ticari yazılımlarının dışında OpenFOAM gibi kullanıcıya açık kaynak kodlu yazılımlar aracılığıyla da yapılabilir.Bu çalışmada, OpenFOAM içerisinde yer alan ve sıkıştırılabilir sıvılar için kullanılan bir zamana bağlı denklem çözücüsü olan sonicLiquidFoam aracılığıyla çeşitli boru hatlarında su darbesi analizi incelenecektir. Bunun için gerekli ağ yapısının oluşturulup, uygun sınır koşullarının belirlenmesi gereklidir. Gerekli ağ yapısının oluşturulmasında OpenFOAM içerisinde yer alan blockMesh özelliğinden yararlanılmıştır.Sınır koşullarında, boru hattının bir ucunda sürekli sabit bir basınç etkisi yaratan rezervuar ve diğer ucunda ise su darbesi olayını gözlemleyebilmemiz için ani kapanabilen bir vananın bulunduğu kabul edilmiştir. Analizlerde, borunun çıkış kısmında yer alan vananın kapanma haraketini göstermek yerine vana kapanma hareketine karşılık gelen debi miktarları tanımlanmıştır. Bu sayede su darbesi analizinin OpenFOAM aracılığıyla yapılabilmesi ve elde edilen sonuçların deneysel veriler ile karşılaştırılabilmesi sağlanmıştır. Deneyde gözlenen su darbesinin neden olduğu maksimum basınç ile OpenFOAM üzerinde hesaplanan maksimum basınç değeri arasındaki fark yaklaşık olarak %4 mertebelerinde çıkmaktadır. Bu sonuç ise pozitif ve umut verici bir adım olarak yorumlanabilir.

Water hammer is a hydraulic phenomenon occured due to sudden changes in velocity and pressure of the fluid. There are few reasons for these changes in velocity and pressure. Sudden valve closure, pump failure due to power cut and malfunctioning any equipment along the pipeline could be main reasons for water hammer. As it is known that commercial softwares and programs can handle the analysis of water hammer, open source softwares such as OpenFOAM alternatively perform such analysis as well.In this study, investigation of water hammer in different pipings will be done by means of sonicLiquidFoam which is a transient solver under OpenFOAM for compressible liquids. In order to do this analysis, creating mesh structures and determining appropriate boundary conditions are required. In meshing structure, blockMesh under OpenFOAM is utilized.In boundary conditions, it is assumed that there is a reservoir and a valve on the pipeline since the reservoir is providing constant pressure for pipeline’s end and the valve is closing swiftly to be able to observe water hammer. Instead of making valve closing during the analysis, flow rates corresponding to the valve closing situation are defined accordingly. In this way, it can be illustrated that water hammer analysis is done by OpenFOAM and the results obtained from OpenFOAM are compared with experimental results. Difference between maximum pressure in OpenFOAM analysis and experiment is approximately 4%. This outcome can be interpreted as a positive and encouraging milestone.
Keywords: compressible liquids; Computational Fluid Dynamics (CFD); Hesaplamalı Akışkanlar Analizi (HAD) Water Hammer; Makine mühendisliği; Mechanical engineering; OpenFOAM; sıkıştırılabilir sıvılar; Su Darbesi; Su koçu; Surge Pressure