Investigation into the Dynamics of Transient Processes Associated with Flow Rate Changes at the end of a Pipeline Section, Both with and Without Resistance Force
DOI:
https://doi.org/10.71310/pcam.3_73.2026.06Keywords:
fluid, pipeline, velocity, pressure, Fourier method, speed of sound, resistance force, computational experimentAbstract
Within a non-conservative formulation of the quasi-one-dimensional linearized mass and momentum conservation equations, transient processes are studied in an elementary undulating pipeline section caused by step-like changes in the boundary velocities of an incompressible fluid. To determine the average flow velocity, an incomplete telegrapher’s equation is derived and solved by separation of variables. The pressure distribution is then obtained by integrating the original system using the resulting velocity expression. Numerical experiments are carried out for constant values of the functions in the initial and boundary conditions. Flow regimes with constant, increasing, and decreasing mean pressure along the section are examined. The features of shock-wave propagation are demonstrated both with and without the friction force.
References
Lewandowski A. New Numerical Methods For Transient Modeling of Gas Pipeline Networks. – New Mexico: Pipeline Simulation Interest Group, 1995.
Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. Изд. 2-е. – М.: Недра, 1975. – 296 с.
Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прялов С.Н. Современные компьютерные тренажеры в трубопроводном транспорте. Математические методы моделирования и практическое применение / Под ред. В.Е. Селезнева. – М.: МАКС Пресс, 2007. – 200 с.
Ражабов У.М., Жонкобилов У.У. Расчет гасителей гидравлического удара в длинных напорных трубопроводах насосных станций. – Ташкент: Интеллект нашриёт, 2022. – 130 с.
Бобровский С.А., Щербаков С.Г., Гусейнзаде М.А. Движение газа в газопроводах с путевым отбором. – М.: Наука, 1972. – 192 с.
Бозоров О.Ш., Маматкулов М.М. Аналитические исследования нелинейных гидродинамических явлений в средах с медленно меняющимися параметрами. – Ташкент: ТИТЛП, 2015. – 96 с.
Ермолаева Н.Н. Математическое моделирование нестационарных неизотермических процессов в движущихся многофазных средах: Дис. ... докт. физ.-мат. наук. – СПб., 2017. – 323 с.
Figueiredo A.B., Baptista R.M., Rachid F.B.F., Bodstein G.C.R. Numerical simulation of stratified-pattern two-phase flow in gas pipelines using a two-fluid model // International Journal of Multiphase Flow. – 2017. – Vol. 88. – P. 30–49.
Zemenkov Yu.D., Shalay V.V., Zemenkova M.Yu. Immediate analyses and calculation of saturated steam pressure of gas condensates for transportation conditions // Procedia Engineering. – 2015. – Vol. 113. – P. 254–258.
Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element Method for Fluid Dynamics. – Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000.
Тихонов А.Н., Самарский А.А., Будак Б.М. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1977. – 736 с.
Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. – М.: Наука, 1964. – 608 с.
Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 351 с.
Хужаев И.К., Хожикулов Ш.Ш., Шамсутдинова Н.Ш. Задача Штурма–Лиувилля для произвольной комбинации неоднородных граничных условий первого, второго и третьего родов // Проблемы вычислительной и прикладной математики. – 2023. – №2(47). – С. 125–128.
Khojikulov Sh.Sh. Dynamics of the transient process caused by a change in flow rate at the end of a pipe section for the case with and without taking into account the resistance force // International Journal of Informatics and Data Science Research. – 2025. – Vol. 2. – №8. – P. 30–43.
Khojiqulov Sh. Numerical method for solving pipeline transport equations of real fluid under given laws of change of pressure at inlet and mass flow at outlet of pipeline // AIP Conference Proceedings. – 2025. – Vol. 3265. – Art. 060004.
Tijsseling A.S. Fluid-structure interaction in liquid-filled pipe systems: a review // Journal of Fluids and Structures. – 1996. – Vol. 10. – №2. – P. 109–146.
Stephenson D. Sizing of air vessels for water hammer protection // Journal of Hydraulic Engineering. – 2002. – Vol. 128. – №7. – P. 713–716.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Ш.Ш. Хожикулов

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.