サージ アドバイザー

InfoWorks WS Pro のシミュレーションには追加でさらに別の結果を生成できるオプションがあり、この結果を使用すると、一時水圧が原因で発生しうる問題領域を明らかにすることができます。

このオプションをオンにするには、[シミュレーション オプション]ダイアログで[水力遷移に関する通知]オプションをオンにします。

このトピックでは、圧力波伝播のメカニズムと InfoWorks WS Pro によって実行される計算について説明します。

注:

非定常解析は非常に複雑なテーマであり、専門知識と専用のソフトウェアが必要です。

注:

InfoWorks WS Pro が生成したサージ アドバイザー結果から、一時水圧が原因で発生しうる問題領域を定性的に評価して、さらに調査を進めることができます。非定常状態を詳しく解析するには、非定常システム シミュレーションを実行する必要があります。

水力遷移

水力遷移(ウォーター ハンマーやサージとも呼ばれます)は、流速の変化によって生じる圧力変動です。

給水ネットワークにおける非定常状態の原因には、次のものがあります。

• ポンプの開始/停止
• バルブの開閉
• 電源障害/破裂によるポンプ/管の停止

非定常状態では、次のことが原因で給水ネットワークで問題が生じる可能性があります。

• 管の圧力が定格圧力を超えたために管が破裂する
• 水力振動のために管が劣化する
• 圧力が低下したために一時的な真空が発生して潜在的な水質の問題が浮上する

例

バルブの上流にある管が瞬時に閉鎖した場合を考えてみましょう。

1. バルブが閉じると、そのバルブに隣接する水の流れが止まり、そのためにバルブの上流にある水が圧縮されて、バルブの上流にある管断面が膨張します。バルブの圧力が上昇すると、圧力波が正の過剰圧力水頭(ΔH)で発生して、上流に伝播されます。
2. 圧力波が貯水池に到達します。
3. 水が貯水池の後方に押し出されます。管内の速度が逆転し、圧力が再び静(貯水圧)に戻ります。圧力波が逆転し、閉じたバルブに向かって伝播します。
4. 圧力波が閉じたバルブに到達すると、バルブに低圧領域が形成され、流れが破壊されて、減圧波が発生し、貯水池に向かって伝播されます。
5. 減圧波が貯水池に到達します。水が貯水池から管に流れ、管内の速度が逆転し、圧力発生波が閉じたバルブに向かって伝播されます。

このサイクルが、摩擦によって短時間のうちに減衰する圧力振動で繰り返されます。

InfoWorks WS Pro でのサージ アドバイザー

シミュレーションの実行時に、追加で一時水圧振幅および最大一時水圧の結果が生成されることがあります。この結果を使用すると、一時水圧が原因で発生しうる問題領域を明らかにすることができます。

サージ アドバイザーのオプションをオンにするには、[シミュレーション オプション]ダイアログで[水力遷移に関する通知]オプションをオンに設定します。

一時水圧の結果には圧力波の振幅が表示され、その計算にはジュコーフスキーの定理が使用されます。

硬質管内でバルブが瞬時に閉じた時点での一時水圧 ΔH: (1) 各変数は、次のとおりです。 g = 重力加速度 Δv = 流速の変化 c = 圧力伝播速度

一時水圧振幅は、タイムステップ(t)ごとに計算されます。ここで、

• 流速の変化(ΔV) =
  • 前のタイムステップでの速度 - 現在のタイムステップでの速度

したがって、最初のシミュレーション タイムステップでの一時水圧はゼロになります。

• 圧力伝播速度(c) =
  • リンク グリッド ビューに定義された圧力伝播速度値
  • グリッド ビューに値が指定されていない場合のデフォルト値は 1400 m/s

圧力伝播速度を設定する

圧力伝播速度は、流体と管自体の弾力性、および管の外部拘束に依存します。

圧力伝播速度は、[管の材質]ダイアログに設定された圧力伝播速度値から管の材質に基づいて自動的に設定できます(詳細は、「圧力伝播速度を設定する」を参照してください)。ただし、この機能の場合、[管の材質]ダイアログから設定できる圧力伝播速度値は、管の材質ごとに 1 つだけです。

圧力伝播速度値は、リンク グリッド ビューに手動で入力することもできます。圧力伝播速度値は、以下のグラフと表(出典: Fluid Transients in Pipeline Systems, Thorley ARD, 1991)から求めることができます。複数の管の材質について直径/管厚比に対する圧力伝播速度が曲線で描かれています。

圧力伝播速度図

直径/管厚(D/e)	鋼鉄	ダクタイル鉄	鋳鉄	コンクリート	石綿セメント	uPVC
5	1400	1400	1360	1230	1200	550
10	1365	1355	1290	1100	1040	400
20	1310	1290	1190	930	860	290
30	1260	1230	1100	820	750	240
40	1210	1180	1040	740	680	200
50	1170	1130	980	680	620	180
60	1130	1090	930	630	580	168
70	1095	1055	890	591	540	157
80	1060	1020	848	560	510	145
90	1030	995	820	530	485	135
100	1005	965	790	510	465	125
110	985	940	765	490	440	118
120	965	920	745	475	421	110
130	940	895	720	455	405	105
140	920	880	700	440	395	103
150	900	860	680	425	385	100

圧力伝播速度の曲線の表(Thorley ARD 1991)

結果を解析する

注:

InfoWorks WS Pro が生成したサージ アドバイザー結果は、定性的な評価にのみ適しています。この結果を解析することで、大きな一時水圧のためにリスクが発生しうるリンクを特定できますが、さらなる調査が必要です。InfoWorks TS (非定常システム)シミュレーションを使用すると、非定常解析をもれなく実施できます。

サージ アドバイザー結果は、他の結果と同様に、単一ネットワーク オブジェクトの時系列結果をグリッド レポートまたはグラフで表示できます。

一時水圧振幅は、複数の一時水圧値を結ぶ滑らかな連続した線としてグラフ化されます。画像を表示

実際には、一時水圧の変化は非常に短い時間(秒)で発生します。画像を表示

InfoWorks WS Pro がグラフに描く滑らかなトレースは、実際にスパイクのある非定常状態のおおよその境界エンベロープを表します。