The WAHA Code : a numerical tool for water hammer in two-phase flow – some simulations of experiments

Le CODE WAHA : Un outil numérique pour le coup de bélier dans un écoulement diphasique - quelques simulations d’expériences

Abstract

The WAHA computer code has been developed during the WAHALoads project in the frame of the 5th European Program. The main purpose of the WAHA code is to predict various mechanisms of single- and two-phase water hammer transients in piping systems. The WAHA code can simulate thermal-hydraulic transients with one-dimensional six-equation two-fluid model approximations and calculate the hydraulic forces on the piping system due to water hammers in two-phase flow.

In the first part of the present paper, the main features of the WAHA code and its capabilities are presented : basic equations, specific closures laws, numerical scheme, possible boundary conditions, some basic results of water hammers induced by a rapid valve closure.

In the second part of the paper, a description of the UMSICHT test facility PPP which has been used for water hammer tests inducing bubble condensation is given. The installation has been equipped with a new measurement technology including new wire mesh sensors with thermocouples for the measurement of condensation heat transfer and other innovative transient measurement techniques. From the UMSICHT data bank, some basic data have been chosen as reference case for validating the WAHA code.

The third part deals with the simulation of several test cases using the WAHA code :

Edwards pipe - Discharge of a hot liquid from a horizontal pipe.

PPP water hammer tests – Depressurisation inducing cavitation water hammer initiated by a fast valve closure.

Super Moby Dick experiment – Critical two-phase flow through a long nozzle.

The results of these simulations are systematically compared with the experimental data, when available. It is concluded that the WAHA code has the abilitity to correctly predict various mechanisms of transients flows occurring in piping systems.

Résumé

Le code de calcul WAHA a été développé dans Projet WAHALoads dans le cadre du 5ème Programme Européen. La but principal du code WAHA est de prévoir divers mécanismes de coip de belier mono ou diphasique dans les systèmes de conduites. Le code WAHA peut simuler des transitoires thermohydrauliques dans un modèle unidimensionnel à deux-fluides et six-équations et calculer les efforts hydrauliques sur un système de conduites dans un coup de belier diphasique.

Dans la première partie de l’article, les caractéristiques principales du code WAHA et ses possibilités sont présentés : équations de base, lois de fermetures spécifiques, schémas numériques, conditions aux limites possibles, quelques résultats de base de coups de béliers induits par une fermeture rapide de vanne.

La deuxième partie de l’article donne une description de l’équipement d'essai PPA d'UMSICHT qui a servi pour des essais de coups de bélier avec condensation de bulles. L'installation a été équipée d’une nouvelle technologie de mesure comprenant de nouveaux treillis sondes avec des thermocouples pour la mesure de transfert thermique de condensation et d'autres techniques de mesure innovantes. Dans la base de données d'UMSICHT, quelques données de base ont été choisies comme cas de référence pour valider le code de WAHA.

-La troisième partie traite de la simulation de plusieurs cas test en utilisant le code de WAHA :

conduite Edwards - décharge d'un liquide chaud d'une conduite horizontale.

-les essais de coup de bélier PPA - dépressurisation induisant un coup de bélier de cavitant suite à une fermeture rapide de vanne.

-Expérience de Super Moby Dick – écoulement biphasique critiques à travers une longue buse.

Les résultats de ces simulations sont systématiquement comparés aux données expérimentales, lorsqu’elle sont disponibles. On en conclut que le code WAHA est apte à prévoir correctement les divers phénomènes lors des écouements transitoires dans les systèmes de conduites.