Evaluation of vortex flow controls efficiency based on CFD numerical modelling

• Autorzy: Siuta T. , Maczalowski A.

Warianty tytułu

PL

Ocena efektywności działania wirowego regulatora odpływu na podstawie modelowania numerycznego typu CFD

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of the study Aim of the paper was to map the bistable characteristics of vortex flow controls (VFCs) and to indicate optimal geometry parameters of the tested ones, such as: chamber diameter, inlet and outlet orifice area for set project conditions. In addition, the method for assessing the range of effective use of VFCs was verified on the base of the so-called swirl parameter in regard to the obtained numerical modelling results. Materials and methods During the research, numerical modelling (CFD) determined the flow set by a tested VFCs for a given disposable pressure head. Series of calculation were run for three variants of the VFCs geometry. Numerical solution of the flow model equations of single-phase non-compressible liquid (Reynolds Averaged Navier-Stokes) together with the closing equations of the k-ε turbulence model were made in the FLOW 3D computer program. Results and conclusions Obtained characteristics of the VFCs expenditure based on numerical calculations are bistable (two-branch process separated by an unstable zone), which was previously confirmed in laboratory experiments carried out in different research. The method for assessing the scope of effective operation of vortex flow controls devices based on the so-called swirl parameter was positively verified in the light of the results of numerical modelling, which allows for optimal dimensioning of VFCs and their proper selection for specific operating conditions.

PL

Cel pracy Celem pracy było odwzorowanie bi-stabilnej charakterystyki regulatora wirowego jak również wskazanie na optymalne parametry geometrii badanych regulatorów testowych, takich jak: średnica komory, pole otworu wlotowego i wylotowego dla zadanych warunków projektowych. Ponadto, dokonano weryfikacji metody oceniającej zakres efektywnego stosowania regulatorów wirowych na podstawie tzw. parametru wirowego (ang. swirl parameter) w świetle uzyskanych wyników modelowania numerycznego. Materiał i metody W pracy zastosowano modelowanie numeryczne (CFD) odpływu ustalonego przez regulator wirowy dla zadanej wysokości ciśnienia dyspozycyjnego. Serie obliczeniowe przeprowadzono dla trzech wariantów geometrii regulatora. Rozwiązanie numeryczne równań modelu przepływu jednofazowej cieczy nieściśliwej (ang. Reynolds Averaged Navier-Stokes) wraz z domykającymi równaniami modelu turbulencji k-ε wykonano w programie komputerowym FLOW 3D. Wyniki i wnioski Uzyskane charakterystyki wydatku regulatora wirowego na podstawie obliczeń numerycznych mają przebieg bi-stabilny (dwugałęziowy oddzielony obszarem niestabilnym) co potwierdzone zostało wcześniej w eksperymentach laboratoryjnych przeprowadzonych przez innych badaczy. Pozytywnie zweryfikowano metodę oceniającą zakres efektywnego działania regulatorów wirowych na podstawie tzw. parametru wirowego (ang. swirl parameter) w świetle uzyskanych wyników modelowania numerycznego co pozwala na optymalne wymiarowanie regulatorów i właściwy ich dobór dla określonych warunków eksploatacji.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.85-95,fig.,ref.

Twórcy

autor

Siuta T.

• Faculty of Environmental and Power Engineering, Krakow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Krakow, Poland

autor

Maczalowski A.

• Faculty of Environmental and Power Engineering, Krakow University of Technology, Warszawska 24, 31-155 Krakow, Poland

Bibliografia

• Faram, M., Andoh, R., Stephenson, A. (2010). Vortex flow controls: state of the art review and application (from the catchbasin to the dam). Novatech – 7th International Conference on Sustainable Techniques and Strategies for Urban Water Management, Conference paper.
• Flow Science, Inc. (2014). FLOW-3D User Manual, Release 11.0.3.
• Gupta, A., Lillwey, D. (1984). Swirl Flows. Tunbridge Wells: Abacus Press.
• Jarman, D., Butler, D., Tabor, G., Andoh, R. (2015). Modelling of vortex flow controls at high drainage flow rates. Preceding of the institution of Civil Engineers, Engineering and Computational Mechanics, 168, March Issue EM1,17–34.
• Kotowski, A., Wojtowicz, P. (2008). Analysis of hydraulic parameters of cylindrical vortex regulators. Environment Protection Engineering, 34, 2, 43–56.
• Kubrak, E., Rasińska, M., Grabowski, W. (2015). Charakterystyki przepustowości wirowego regulatora. stożkowego z niezatopionym i zatopionym wylotem. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska, 69, 224–235.
• Parsian, H., Butler, D. (1993). Laboratory investigation into the performance of in-sewer vortex flow regulator. Water and Environment Journal 70(2), 182–189.
• Wojtowicz, P., Kotowski, A. (2009). Influence of design parameters on throttling efficiency of cylindrical and conical vortex valves. Journal of Hydraulic Research 470(5), 559–562.
• Queguineur, G., Jarman, D., Peterson, E., Tabor, G. (2013). CFD of vortex flow controls at low flow rates. Engineering and Computational Mechanics 166(4), 211–221.