Comparison of methods for calculation of hydraulic characteristics of flow in non-pressure pipelines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Three methods of calculation of hydraulic characteristics of flow in non-pressure pipelines are considered. These methods are experimental, traditional and using SewerCAD software. Currently, further development of hydraulic methods for calculating turbulent flows in non-pressure pipelines is possible due to new measurement methods and effective software products. To improve the accuracy of hydraulic calculations, it is necessary to conduct experimental studies. The purpose of the work is to determine the hydraulic characteristics of flow in non-pressure pipelines using three methods and find the relationship between them. When carrying out hydraulic calculations of pipelines that supply water over long distances, it is necessary to place increased demands on the accuracy of the results, as this is associated with monitoring emergencies. When fluid moves without pressure, the driving force that determines the flow velocity is the component of gravity directed along the flow. To this day, the formula that determines the average velocity of a uniform flow in a non-pressure pipeline, proposed by A. Chezy, is widely used. The work established the dependence of pipe filling on the average flow velocity at various slopes. A comparison was made of the average velocity obtained as a result of experimental studies and calculations using SewerCAD programme. The validity of the practical use of the proposed methodology is confirmed by the results of processing experimental data both by the authors and by other researchers.Materials and methods. Methods of calculation of turbulent flows in non-pressure pipelines using experimental data, traditional methods and computer technologies were applied, which increases the accuracy of the calculated flow parameters and the reliability of the pipeline system.Results. The results of the experiment, SewerCAD programme and traditional method of velocity calculation at different flow rates for non-pressure polyethylene pipes with a diameter of 100 mm with a pipeline filling from 0.1 to 0.8 are presented.Conclusions. Laboratory researches were carried out to determine the hydraulic characteristics of the flow of a polyethy-lene pipeline with a diameter of 100 mm. Corresponding dependencies for the average velocity between the experimental results and SewerCAD programme for a non-pressure system were obtained.

About the authors

A. L. Zuykov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: hydroprof3fl@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1468-3335

N. T. Dzhumagulova

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: dnazira@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-0586-9464

Abdulameer Layth Saeed Abdulameer

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); University of Karbala

Email: laith_eng2009@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-5317-4299

References

  1. Olgarenko G., Olgarenko V., Olgarenko I., Olgarenko V.I. Justification of methodological approaches to standardisation of irrigation as an element of resource saving and minimization of the anthropogenic load on agrobiocenosis // IOP Conference Series: Earth and Envi-ronmental Science. 2019. Vol. 337. Issue 1. P. 012027. doi: 10.1088/1755-1315/337/1/012027
  2. Olgarenko V.I., Olgarenko I.V., Olgarenko V.I. Technical condition diagnostics of the water supply facilities in the irrigation systems // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 698. Issue 3. P. 022060. doi: 10.1088/1757-899X/698/2/022060
  3. Ткачев А.А., Ольгаренко И.В. Современные проблемы в управлении водораспределением в магистральных каналах оросительных систем // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2021. Т. 11. № 2. С. 1–23. doi: 10.31774/2222-1816-2021-11-2-1-23. EDN NTRFMJ.
  4. Tas E., Ağıralioğlu N. Comparison of friction losses in long polyethylene pipe systems using different formulas // International Symposium on Urban Water and Wastewater Management. 2018. Pp. 602–609.
  5. Abduro S., Sreenivasu G. Assessments of urban water supply situation of Adama Town, Ethiopia // Journal of Civil Engineering Research. 2020. Vol. 10. Issue 1. Pp. 20–28. doi: 10.5923/j.jce.20201001.03
  6. Rezagama A., Handayani D.S., Zaman B., Putra R.R.S. Design optimization of water distribution suburban area in Mranggen, Semarang, Indonesia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 448. Issue 1. P. 012066. doi: 10.1088/1755-1315/448/1/012066
  7. Terlumuna U.J., Ekwule O.R. Evaluation of municipal water distribution network using watercard and watergems // Journal of Engineering and Sciences. 2019. Vol. 5. Issue 2. Pp. 147–156.
  8. Bhaskar S.P., Rout A.K., Rajendra G.M. Feasibility analysis of water distribution system for Yavatmal City using WaterGems Software // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2017. Vol. 6. Issue 7. doi: 10.15680/IJIRSET.2017.0607132
  9. Arunjyoti S., Senapati S., Sirisha A. A mathematical model for the selection of an economical pipe size in pressurized irrigation systems // African Journal of Agricultural Research. 2016. Vol. 11. Issue 8. Pp. 683–692. doi: 10.5897/AJAR2015.10648
  10. Штепа Б.Г. Технико-экономические проблемы применения полимерных трубопроводов в мелиорации и в водном хозяйстве // Полимерные трубы. 2011. Т. 34. № 4. С. 35–37.
  11. Митрахович А.И., Макоед В.М., Сергееня А.П., Лавушев С.М. Из опыта применения на осушительных системах коллекторов из труб большого диаметра // Мелиорация. 2019. № 2 (88). С. 13–17. EDN CCYDWN.
  12. Митрахович А.И., Макоед В.М., Лавушев С.М., Сергееня А.П. Условия применения двухслойных гофрированных полиэтиленовых труб «корсис» на мелиоративных объектах // Мелиорация. 2020. № 1 (91). С. 15–23. EDN FYKDWT.
  13. Rubeiz C. Case studies on the use of HDPE pipe for municipal and industrial projects in North America // Pipeline Division Specialty Congress. 2004. doi: 10.1061/40745(146)22
  14. Hajibabaei M., Nazif S., Sereshgi F.T. Life cycle assessment of pipes and piping process in drinking water distribution networks to reduce environmental impact // Sustainable Cities and Society. 2018. Vol. 43. Pp. 538–549. doi: 10.1016/j.scs.2018.09.014
  15. Diogoa A.F., Vilelaa F.A. Head losses and friction factors of steady turbulent flows in plastic pipes // Urban Water Journal. 2014. Vol. 11. Issue 5. Pp. 414–425. doi: 10.1080/1573062X.2013.768682
  16. Боровков В.С., Байков В.Н., Писарев Д.В., Волынов М.А. Локальное подобие течения и распределение скоростей в турбулентных потоках // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 6 (32). С. 12–19. doi: 10.5862/MCE.32.2. EDN PDZKDX.
  17. Heller V. Scale effects in physical hydraulic engineering models // Journal of Hydraulic Research. 2011. Vol. 49. Issue 3. Pp. 293–306. doi: 10.1080/00221686.2011.578914
  18. Kim J.H., Kwon S.H., Yoon K.S., Lee D.H., Chung G. Hydraulic experiment for friction loss coefficient in non-circular pipe // Procedia Engineering. 2016. Vol. 154. Pp. 773–778. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.582
  19. Leopardi M. On roughness similarity of hydraulic models // Journal of Hydraulic Research. 2004. Vol. 42. Issue 3. Pp. 239–245. doi: 10.1080/00221686.2004.9728389
  20. Ивановский Ю.К., Моргунов К.П., Рябов Г.Г. Лабораторные исследования автодорожного водопропускного сооружения // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2018. Т. 10. № 2. С. 318–330. doi: 10.21821/2309-5180-2018-10-2-318-330. EDN UPZIVA.
  21. Моргунов К.П., Ивановский Ю.К., Баранов А.Ю. Экспериментальное определение коэффициента шероховатости металлических спиральновитых гофрированных труб // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2020. Т. 12. № 2. С. 323–335. doi: 10.21821/2309-5180-2020-12-2-323-335. EDN VRMTTG.
  22. Yu X.G., Choi K.Y. Systematic and exact sca-ling analysis of the single-phase natural circulation flow: The hydraulic similarity // Progress in Nuclear Energy. 2016. Vol. 89. Pp. 78–87. doi: 10.1016/j.pnucene.2016.02.001
  23. Аношкин Ю.И., Добров А.А., Легчанов М.А., Субарев М.А., Хробостов А.Е. Экспериментальные исследования гидравлического сопротивления вставок из упруго-пористого проволочного материала в канале круглого сечения // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2019. № 1 (124). С. 92–99. doi: 10.46960/1816-210X_2019_1_92. EDN ZANGJF.
  24. Алтунин В.И., Черных О.Н. О гидравлическом расчете дорожных водопропускных труб из гофрированного металла // Дороги и мосты. 2015. Т. 1 (33). С. 234–247. EDN UYBLMB.
  25. Алтунин В.И., Черных О.Н., Федотов М.В. Водопропускные трубы в транспортном строительстве. Гидравлическая работа труб из металлических гофрированных структур : монография. М. : МАДИ, 2012. 240 с. EDN RFEAET.
  26. Черных О.Н., Алтунин В.И., Бурлаченко А.В. Повышение эффективности гидравлической работы дорожных водопропускных труб // Природообустройство. 2016. № 2. С. 42-47. EDN WAAEWB.
  27. Ханов Н.В., Бурлаченко А.В. Гидравлические аспекты обеспечения надежной и безопасной работы трубчатых водопропускных сооружений из гофрированного металла // Природообустройство. 2016. № 5. С. 32–39. EDN XHZZPJ.
  28. Боровков В.С., Брянская Ю.В., Байков В.Н. Уточнение условий подобия равномерных широких открытых потоков при гидравлическом моделировании недеформируемых каналов // Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е. Веденеева. 2009. Т. 253. С. 22–27. EDN KYQUIL.
  29. Воронов Ю., Пугачев Е., Перевозникова Е. Гидравлические основы расчета водоотводящих самотечных трубопроводов из пластмассовых труб // Полимерные трубы. 2006. № 3 (12). С. 38–41. EDN ZVHTMF.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».