المجلة الدولية للعلوم والتقنية

International Science and Technology Journal

ISSN: 2519-9854 (Online)

ISSN: 2519-9846 (Print)

DOI: www.doi.org/10.62341/ISTJ

مجلة علمية محكّمة تهتم بنشر البحوث والدراسات في مجال العلوم التطبيقية، تصدر دورياً تحت إشراف نخبة من الأساتذة

Analysis of an Orifice Surge Tank for Controlling Water Hammer Problem at Hydropower Plants

الملخص
لعقود من الزمان ، جذبت مشكلة المطرقة المائية في محطات الطاقة الكهرومائية، العديد من الباحثين والمهندسين وذلك لصعوبتها وأهميتها. في هذه الدراسة ، تم إجراء دراسة نظرية على خزان التموج ذو الفتحة. تم اشتقاق النموذج الرياضي استنادًا إلى مبادئ الاستمرارية والزخم. تم حل نظام المعادلات التفاضلية العادية عدديًا باستخدام طريقة رانج-كوتا (RK-4) بالإستعانة ببرنامج الحاسب الآلي الماتلاب. أظهرت النتائج أن زيادة مساحة المقطع العرضي لخزان التموج ومعامل الاحتكاك للأنبوب الرئيسي أدى إلى تناقص في مستويات الأندفاع الأولي للماء في الخزان وفي معدلات التصريف أيضًا. كما تم ملاحظة نفس التأثير بالنسبة الى معامل الاحتكاك للفتحة. علاوة على ذلك ، فإن تأثير التخميد لمعامل الاحتكاك للفتحة على مستويات الأندفاع الأولي للمياه ومعدلات التصريف يكون أكثر وضوحاً عند مقارنته بتأثير معامل الاحتكاك لجدار الأنبوب الرئيسي. وأخيرًا ، بالنسبة لخزانات التموج ذات الفتحة، فإن الوقت اللازم لتخميد الموجة يكون صغيراً بشكل ملحوظ.
Abstract
For decades, water hammer problem in hydropower plants attracts many researchers and engineers for its complexity and importance. In this study, a theoretical investigation of an orifice surge tank is conducted. A mathematical model is derived based on continuity and momentum principles. The system of ordinary differential equations is solved numerically using Runge-Kutta, RK-4, method and compiled by MATLAB. Results reveal that increasing the cross-section area of the surge tank and friction coefficient of the main pipe will lead to a corresponding decrease in water first upsurge levels at the tank and discharge rates as well. The same effect is noticed when orifice friction coefficient is considered. Moreover, the damping effect of orifice friction coefficient on water upsurge levels and discharge rates is more remarkable when compared to friction coefficient of the main pipe wall. Finally, for orifice surge tanks, wave damping time is remarkably small.