Effect of design parameters and support conditions on natural frequency of pipe excited by a turbulent internal flow

في هذا العمل أجريت دراسة تجريبية و عددية و تحليلية لتأثير المتغيرات التصميمية مثل قطر الإنبوب، سمك الجدار، مادة الإنبوب و تأثير سرعة المائع على التردد الطبيعي لإنبوب مستقيم يتقل جريان اضطرابي تام التطور. أيضا تم دراسة تأثير نوع المساند (البسيط و المثبت). أنجز الجانب العملي بقياس إهتزاز الإنبوب بواسطة جهاز قياس التعجيل الذي ثبت على جدار الإنبوب. وجدت الترددات الطبيعية للإهتزاز باستعمال محول فورير السريع. استعملت خمسة مقاطع إختبار، مختلفة الأقطار (50.8 mm, 76.2 mm) سمك جدار الإنبوب (2.4 mm, 3.7 mm) و من مادتين مختلفتين هما حديد مقاوم للصدأ و كلوريد البوليفينل، تمت هذه الدراسة لقيم مختلفة لعدد رينولدز تتراوح بين (105*5-104*4). رياضيا، تم حل معادلة الاستمرارية و معادلات الزخم، ببناء نموذج عددي باستخدام طريقة الحجوم المحددة لحساب خصائص الجريان الإضطرابي ثنائي الأبعاد. قد تم بناء نموذج رياضي اعتمد على استخدام طريقة المصفوفات الإنتقالية لحل معادلات إهتزاز الإنبوب لتوضيح تأثير الإهتزاز لإنبوب يحمل مائع. أظهرت النتائج أيضا الترددات الطبيعية في المسند المثبت أعلى من تلك In this study, the effect of design parameters such as pipe diameter, pipe wall thickness, pipe material and the effect of fluid velocity on the natural frequency of fluid-structure interaction in straight pipe conveying fully developed turbulent flow were investigate numerically, analytically and experimentally. Also the effect of support conditions, simply-simply and clamped-clamped was investigated. Experimentally, pipe vibrations were characterized by accelerometer mounted on the pipe wall. The natural frequencies of vibration were analyzed by using Fast Fourier Transformer (FFT). Five test sections of two different pipe diameters of 76.2 mm and 50.8 mm with two pipe thicknesses of 3.7 mm and 2.4 mm and two pipe materials, stainless steel and polyvinyl chloride PVC in the range of Reynolds numbers from 4*104 to 5*105 were studied. Mathematically, the governing continuity and momentum equations were solved numerically by using the finite volume method to compute the characteristics of two dimensional turbulent flow. The dynamics of a pipe conveying fluid was described by the Transfer Matrix Method (TMM) which is provides a numerical technique for solving the equations of pipe vibrations for simply-simply and clamped supports. The results showed that, the natural frequencies increase with pipe diameter increase and the natural frequencies slightly increases with pipe wall thickness increase. Also, the natural frequencies in clamped-clamped supported pipe are higher than those in simply-simply suppo