Technische Universiteit Delft
Promotie: Water
door M&C
Promotie van De heer Ir. I.W.M. Pothof: "Co-current air-water flow in
downward sloping pipes. Transport of capacity reducing gas pockets in
wastewater mains"
04 februari 2011 | 12:30 uur
plaats: Aula TU Delft
De heer Ir. I.W.M. Pothof | ingenieur in de toegepaste wiskunde,
Nederland
promotor | Prof.dr.ir. F.H.L.R. Clemens CiTG
Co-current air-water flow in downward sloping pipes. Transport of
capacity reducing gas pockets in wastewater mains
Een afvalwaterpersleiding loopt, juist in vlak Nederland, heel vaak
schuin omhoog en omlaag om sloten, wegen, spoorlijnen, kabels en andere
leidingen te kruisen. Lucht stroomt in horizontale en omhoog-lopende
leidingen makkelijk met het (afval)water mee, maar hoopt zich op in
dalende leidingen. Deze luchtinsluitingen in dalende leidingdelen
leiden tot een gereduceerde pompcapaciteit, hogere energiekosten, extra
investeringen, hogere onderhoudskosten en een minder betrouwbare
bedrijfsvoering. Bovendien wordt een groter volume afvalwater via de
overstort rechtstreeks op het oppervlaktewater geloosd. Als de
waterschappen, die de meeste pompstations beheren, niet meer aan hun
afvoerverplichting kunnen voldoen, lopen ze tenslotte het risico op
claims van gemeenten bij wateroverlast. Deze problemen vormden de
aanleiding voor een gezamenlijk onderzoek over CAPaciteitsverliezen in
afvalWATerpersleidingen; het CAPWAT-onderzoek, uitgevoerd door Deltares
in samenwerking met de TU Delft. Dit onderzoek is gefinancierd door 10
Nederlandse waterschappen, het Vlaamse waterschap, 3 ingenieursbureaus,
1 pompfabrikant, Stowa en RIONED. De belangrijkste vragen waren: 1) hoe
hard moet je stromen om luchtbellen af te voeren door een dalende
leiding, 2) hoe lang moet je stromen en 3) hoe groot is het verschil
tussen de resultaten met schoon water en afvalwater?
Omdat weinig onderzoek is gedaan naar water-luchtstroming in dalende
leidingen, is een groot aantal opstellingen gebouwd voor het CAPWAT
onderzoek. Er zijn opstellingen gebouwd met een dalende lengte van 2.5
tot 40 meter, in leidingen met diameters van 8 cm, 11 cm, 15 cm, 19 cm,
22 cm en 50 cm en met hellingshoeken van 5, 10, 20, 30 en 90 graden. In
elke opstelling zijn honderden metingen uitgevoerd met combinaties van
de water- en luchtstroom. Naarmate de luchtfractie toeneemt, groeit de
bellengte en het extra energieverlies. Bij lage luchtfracties kan het
water alle lucht meevoeren en is er geen luchtophoping en extra
energieverlies in de dalende leiding. De verkregen dataset is de meest
complete dataset over water-lucht-stroming in dalende leidingen. Een
nieuw rekenmodel is ontwikkeld en gevalideerd. De belangrijkste
conclusies zijn als volgt:
1. Een heel klein beetje lucht (1 liter lucht / m3 water) leidt al tot
ophoping.
2. De meest ongunstige hoeken om lucht neerwaarts te transporteren
liggen tussen 10 en 20 graden.
3. De meest gunstige hoek om lucht neerwaarts te transporteren is 90
graden (dus een verticale leiding)
4. In grotere leidingen (> 25cm) moet men luchtophopingen zoveel
mogelijk voorkomen. Eenvoudige maatregelen in de pompstations kunnen de
luchtinname sterk reduceren.
5. Lucht wordt in afvalwater net zo moeilijk meegevoerd als in schoon
water, ondanks de beduidend lagere oppervlaktespanning van afvalwater.
Parallel aan het onderzoeksproject is een handboek geschreven over het
hydraulisch ontwerp en beheer van afvalwaterpersleidingen. De
wetenschappelijke resultaten van het onderzoek zijn direct vastgelegd
in praktische aanbevelingen, die al veel voorgeschreven en gebruikt
worden. Op de Deltares website en de WIKI-pagina staat meer info en kan
het handboek gedownload worden.
Meer informatie?
Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU
Delft Repository op: repository.tudelft.nl. TU Delft Repository is de
digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft.
Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende
promotie in de Repository te vinden zijn.