hrvatski

Hidraulička analiza vodnog udara i oscilacija vodnih masa primjenom fizikalnog modeliranja

U ovom su radu opisani hidraulički udar i oscilacije vodnih masa. Tema je analizirana kroz teoriju te primjenu na fizikalnom modelu HM156. Na početku se rada definira nestacionarno tečenje u cijevima kroz primjer tečenja vode u hidrocentrali koja se sastoji od akumulacije, dovodnog tunela, vodne komore, tlačnog cjevovoda i turbinskog postrojenja, što sve zajedno čini osnovni hidraulički sustav kroz kojeg se promatra tema rada. Definirana je funkcija vodne komore, te glavni inženjerski problemi koji uključuju proračun najviše i najniže razine vode u vodnoj komori, te proračun stabilnosti vodne komore. Dana je jednadžba oscilacija u sistemu dovodni tunel – vodna komora koja je rješavana u slučaju naglog zatvaranja uređaja koji regulira rad turbina što predstavlja najrizičniji slučaj. Rješenje pokazuje da su oscilacije u obliku sinusne funkcije s periodom osciliranja ovisnim o geometriji tunela i vodne komore, te amplitudom ovisnom o početnoj brzini vode u dovodnom tunelu i početnoj razini vode u vodnoj komori prije zatvaranja zasuna. Amplituda predstavlja maksimalni porast razine vode koji se može smanjiti povećavanjem poprečnog presjeka vodne komore. Zatvaranja zasuna će, dakle, u dovodnom tunelu i vodnoj komori uzrokovati oscilacije vodnih masa dok će se u tlačnom cjevovodu pojaviti vodni udar koji je okarakteriziran velikim brzinama rasprostiranja širenja udarnog vala i velikim tlakovima. U radu je definirana brzina širenja vodnog udara koja je jednaka brzini širenja zvuka za neelastične cijevi. Definirane su i faze propagacije udara iz kojih se vidi da se promjene tlaka i brzina periodički ponavljaju u vremenu. U daljnjim su potpoglavljima objašnjene razlike pojave vodnog udara pri naglom zatvaranju zatvarača i posebnim slučajevima manevriranja sa zatvaračem. Naime, pri naglom trenutnom zatvaranju zatvarača javit će se maksimalna promjena tlaka, ovisna o elastičnim svojstvima sustava. Kod postepenog zatvaranja maksimalni tlak će se razlikovati ovisno o tome je li vrijeme zatvaranja manje ili veće od trajanja faze udara. U posljednjem dijelu rada se opisuje fizikalni model HM156 koji se nalazi u hidrotehničkom Praktikumu Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Rijeci i sastavni je dio hidrotehničkog laboratorija. Primjena fizikalnog modela provedena je kroz dva eksperimenta. Prvi je eksperiment vezan za pojavu vodnog udara. Provedeno je deset ispitivanja kojima se računala brzina širenja zvuka, a drugi je eksperiment vezan za oscilacije vodnih masa u cilindričnoj vodnoj komori. Kroz sedam mjerenja se računala frekvencija oscilacija da bi se dokazalo da frekvencija ne ovisi o protoku. Bitno je za napomenuti da se cilindrična vodna komora na fizikalnom modelu HM156 može zamijeniti sa bilo kojim drugim tipom vodne komore (preko osnovnog navoja!) koja bi se tom prilikom izradila na 3D printeru u sklopu hidrotehničkog laboratorija. Ta činjenica ostavlja dosta prostora za daljnje istraživanje pojava vodnog udara i oscilacija vodnih masa na buduće izrađenim tipovima vodnih komora.

hidraulička analiza, vodni udar, fizikalni model HM156, oscilacija vodnih masa, fizikalno modeliranje

Završni rad (preddiplomski sveučilišni studij)