When we use the circular pipes for wastewater and storm water, we should be known the characteristics of the flow for accurate design. To elevate the design accuracy, we want to know the profile of flow. The roughness coefficient in the Manning equation is constant, but in actuality changed with the relative depth in circular pipe. This study was conducted to calculate the relative normal depth in changing the roughness coefficient (named relative roughness coefficient) with the relative depth in the analysis of gradually varied flow in the circular pipe by Newton-Raphson method. We performed the analysis of gradually varied flow using the relative normal depth and the relative roughness coefficient. We presented the 12 flow profiles with the relative depth and the relative roughness coefficient in circular pipe. The flow classification considering relative depth in circular pipe is available to analyse gradually varied flow profiles.
In analysis of pipelines or pipe network we calculated the friction loss using Hazen-Williams or Manning formula approximately, or found one by friction coefficient from Moody diagram graphically. The friction coefficient is determined as a function of relative roughness and Reynolds number. But the calculated friction coefficient by Hazen-Williams or Manning formula considered roughness of pipe or velocity of flow. The friction coefficient in Darcy-Weisbach equation was obtained from the Moody diagram. This method is manual and is not exact from reading. This paper is presented numerical solution of Colebrook-White formula including variables of relative roughness and Reynolds number. The suggested subroutine program by an efficient linear iteration scheme can be applied to any pipe network system.
A hydraulic model study have been carried out on roughness coefficient of corrugated helical steel pipe. The study was performed in the 0.6m wide flume of Hydraulic Laboratory for the pipe diameter of 0.6m and 1.6m. Additional study was performed in 2m wi
In a numerical simulation of open channel turbulent flows, the determination of wall roughness height for wall function was studied. The roughness constant, based on the law-of-the -wall for flow on rough walls, obtained by experimental works for pipe flows is employed in general wall functions. However, this constant of wall function is the function of Froude number in open channel flows. Thus, the wall roughness should be determined by taking into account the effect of Froude number. In addition, the wall roughness should be corresponding to Manning's roughness coefficient widely used for open channels. In this study, the relation between wall roughness height as an input condition and Manning's roughness coefficient was investigated, and an equation for effective wall roughness height considering the characteristics of numerical models was proposed as a function of Manning's roughness coefficient.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.17
no.4
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pp.15-27
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2021
In this study, the effect of design factors in a pump station on the pressure variations which are the main cause of water hammering has been investigated by numerical simulations. As design factors, the flow rate, Young's modulus, diameter, thickness, roughness coefficient of pipeline are considered. The relationships between the pressure variations and the design factors are analyzed. The results show that the pressure variation increases sensitively with the flow rate and Young's modulus, and increases gradually with the thickness and roughness coefficient of pipe, whereas it decreases with the pipe diameter. The wavelength of the pressure wave becomes longer for a smaller Young's modulus, a smaller pipe thickness and a bigger pipe diameter. These relationships are nondimensionalized, and logarithmic curve-fitted functions are proposed by regression analysis. Most effective factors on the nondimensional pressure variation is Young's modulus. Flow rate, roughness coefficient, relative thickness and pipe diameters are the next impact factors.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.5
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pp.135-141
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2010
Reliability model which can calculate the probability of performance failure of storm sewer was developed considering change of roughness coefficient in this study. Roughness coefficient should be re-evaluated due to accumulations of debris in sewer pipe. Therefore, roughness coefficient according to depth of debris in circular sewer pipe was determined for the present study. Reliability analysis was performed with the new roughness coefficient. After the analysis, it was found that capacity of storm sewer can be significantly decreased and probability of performance failure of storm sewer can be significantly increased by increasing the depth of debris in storm sewer. In this study, reliability model was applied for the Daegu and Jeonju using new roughness coefficient which was determined according to accumulation of debris in circular storm sewer. It was observed that if the depth of debris is increased, roughness coefficient is increased simultaneously and probability of performance failure of storm sewer is significantly increased.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.5
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pp.356-367
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2001
A numerical analysis on branch type sparger in drain tank for depressurization is performed to investigate the flow characteristics due to the change of design factor. As the result of this study, sparger\\`s flow resistance coefficient(K) is 3.53 at the present design condition when engineering margin for surface roughness is considered as 20%, and flow ratio into branch pipe ($Q_s/Q_i$) is 0.41. The correlation for calculating flow resistance coefficients as design factor is presented. Flow resistance coefficient is increased as section area ratio of branch pipe for main pipe and outlet nozzle diameter of main pipe decreasing, but the effects of branch angle and inlet flow rate of main pipe are small. As the change rate of ($Q_s/Q_i$)becomes larger, the change rate of flow resistance coefficient increases. The rate of pressure loss has the largest change as section area ratio changing. The condition of maximum flow resistance in sparger is when the outlet nozzle diameter ratio of main pipe ($D_e/D_i$) is 0.167, the section area ratio ($A_s/A_i$) is 0.1 and the branch angle ($\alpha$) is 55^{\circ}$.
The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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v.13
no.4
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pp.209-214
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1984
Friction factors and equivalent sand roughness of PVC pipe fittings have been studied by experiments in the Reynolds number range of $2,000\~70,000$. PVC pipe fittings studied are straight pipes, $90^{\circ}$ elbows and tees with 15, 25, and 40mm in norminal diameter, all manufactured in Korea with KS mark approval. Equivalent relative roughness of PVC pipes obtained lies between smooth pipe and 0.002. The study shows that equivalent sand roughness of PVC pipes increasses in proportion of the square root of pipe diameter , and can be approximately abtained by multiplying 4 to the root mean square value measured by metal surface roughness tester. Loss coefficient of PVC $90^{\circ}$ elbows decreases slowly with increasing Reynolds number. Loss coeffiicent of tees is a function of ratio of flow rates and Reynolds number.
For the most efficient operation of water mains, 124 head losses in domestic water supply steel mains were measured to provide the values of friction coefficient and the variable affecting the deterioration rate of Hazen Williams' and Darcy-Weisbach's friction coefficient. The experimental results show that pipe age is governing the friction coefficient of large mains (Diameter > 1100 mm). On the other hands, pipe age and pipe diameter are affecting the variation of carrying capacity for small mains (Diameter < 1100 mm). The friction coefficient of water mains in foreign countries is higher than that in Korea by about 5 to 10 in Hazen Williams' C value. The growing rate of roughness height of domestic water main is about 0.41 mm/year which is higher than the average of United States of America. So further study is required to find out what causes the serious deterioration rate.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.1
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pp.282-286
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2017
Rapid industrialization and urbanization have resulted in an increase in impervious areas and an increase in runoff, therefore, this causes more flooding and damage in urban areas. This study has analyzed the effects of improvements to the roughness coefficient in storm sewer pipes on flood runoff and outflow through rainfall-runoff simulations. The simulations are implemented by three scenarios to evaluate effects of improvements to the roughness coefficient for the improved length ratio to the total length, diameters and mainlines of sewer pipes. The size and length of the sewer mains are large and long to effectively increase the flow rate to the outlet, secure the passage discharge capacity of the pipe and reduce the overflow. It is effective for flood reduction that the improvement to roughness coefficient is first conducted in mainlines with longer lengths and larger diameters. The results from this study can provide a guideline for prioritizing of the sewer pipe replacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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