A large proportion of water and wastewater systems have traditionally been analyzed and designed without the consideration of the nature, risk, and potential consequence of hydraulic transients. Recent advancements in numerical hydraulic modeling have spawned a specialty hydraulic field based on numerical transient analysis. The current practice within this field often lacks physical understanding and can be misguided by both the current knowledge, technology based limitations, and by the sole reliance on numerical models. This thesis aims to provide insights into some of the shortcomings of current practice and to develop the importance and application of field data based confirmations. The thesis examines the advances in the current field oriented technology for recording transient pressures, and provides examples and insights on how this data can be used both in conjunction with numerical modeling and on its own as a first step to a proposed frequency based transient risk assessment methodology. The thesis establishes definitions and a preliminary methodology for a Transient Risk Index.

A large proportion of water and wastewater systems have traditionally been analyzed and designed without the consideration of the nature, risk, and potential consequence of hydraulic transients. Recent advancements in numerical hydraulic modeling have spawned a specialty hydraulic field based on numerical transient analysis. The current practice within this field often lacks physical understanding and can be misguided by both the current knowledge, technology based limitations, and by the sole reliance on numerical models. This thesis aims to provide insights into some of the shortcomings of current practice and to develop the importance and application of field data based confirmations. The thesis examines the advances in the current field oriented technology for recording transient pressures, and provides examples and insights on how this data can be used both in conjunction with numerical modeling and on its own as a first step to a proposed frequency based transient risk assessment methodology. The thesis establishes definitions and a preliminary methodology for a Transient Risk Index.

Thesis (Ph.D.)--University of Tulsa, 1984. / Bibliography: leaves 73-75.

Thesis (M.S.)--Virginia Polytechnic Institute and State University, 1993. / Vita. Abstract. Includes bibliographical references (leaves 91-95). Also available via the Internet.

Thesis (M.Phil.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2005. / Includes bibliographical references (leaves 138-143). Also available in electronic version.

Atualmente, os avanços tecnológicos, especialmente dos recursos computacionais, possibilitam a realização de cálculos cada vez mais complexos. Em função destes avanços, transitórios hidráulicos antes desprezados ou estimados de forma rudimentar já podem ser calculados, especialmente nos casos em que o comportamento dos transitórios é crítico. Assim, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos de cálculo que permitam prever quantitativamente tais transitórios uma vez que não há solução analítica para este problema. Neste trabalho são estudadas as condições de contorno para a utilização do modelo rígido de coluna líquida e sua respectiva solução numérica para o cálculo de transitórios durante o enchimento de uma tabulação com ramificação. Os modelos matemáticos foram testados em laboratório sob diversas condições, comprovando a viabilidade da utilização das ferramentas teóricas e numéricas desenvolvidas. / Nowadays there have been many technological advances, especially related to computational resources, that make possible more complex and huge calculations. Due to these advances, the evaluation of hydraulics transients, which have been disregarded or roughly estimated, is allowed to be more precisely performed especially when transient phenomena have significant importance. Then, the development of calculating methods that evaluates these transients effects becomes necessary once the analitic solution to these problems does not exist. This work presents the study of the boundary conditions of the rigid model applied to the fluid column and its numeral solution in order to calculate the transient behavior during filling of pipeline with ramifications. The results of mathematical models were compared with those from laboratory experiments under several conditions proving the feasibility of theoretical and numeral models.

Esta dissertação descreve um simulador em tempo real para aplicação em testes de reguladores de velocidade de hidrelétricas. O simulador é implementado num hardware que permite a conexão física de todos os sinais que o regulador teria na usina. As dimensões e o perfil hidráulico da usina, dados das máquinas e unidade de força hidráulica são inseridos através de tabelas de fácil entendimento pelo usuário Os transientes hidráulicos no conduto forçado são simulados usando o método das características e levam em conta a influência da turbina. A unidade hidráulica e os atuadores são modelados incluindo suas não-linearidades. Além dos testes de fábrica, este simulador pode ser utilizado para análise preliminar de transientes hidráulicos, treinamento de operadores e como plataforma de testes para novas estratégias de controle da turbina. / This work describes a real-time simulator to be used in hydroturbine speed governor tests. The simulator is implemented using a hardware configuration which allows the physical connection to the governor under test like it would be in the hydropower plant. The conduit dimensions, hydraulic scheme, machine and hydraulic power unit data are inserted into the simulator by user friendly input tables. The hydraulic transients in the penstock are simulated using the method of characteristics and take into account the turbine influence. The electrohydraulic interface, servomotor and hydraulic power unit are simulated including the nonlinearities of valves and servomotors. Besides the factory tests, this simulator can also be applied for a preliminary analysis of hydraulic transients, operator training and platform for testing new turbine control strategies.

O presente trabalho versa sobre o termo de atrito em escoamento transitório em condutos forçados, partindo de uma modelação matemática da tensão de cisalhamento transiente, usando conceitos do princípio da entropia máxima. Usa-se a modelação deste termo de atrito na análise do transitório hidráulico, comparando-se com dados experimentais já publicados de um sistema Reservatório-Tubo-Válvula. / This report contains a friction term for hydraulic transient in closed conduits. We use a mathematical model for the shear stress, derived by principle of maximum entropy. Then, we use this friction term for an analysis in a system reservoir-tube-valve, comparing our results with anothers already published in the literature.

Neste trabalho é apresentada a solução das equações que regem o escoamento unidimensional não permanente em dutos sob pressão por meio do esquema numérico de MacCormack, esquema este, já empregado nos escoamentos transientes em condutos livres. É apresentada, também, a comparação dos resultados obtidos com a aplicação do esquema de MacCormack em relação aos obtidos através do método das características, na solução de transientes hidráulicos em condutos forçados. / This dissertation introduces the MacCormack numerical scheme for the solution of the one-dimensional unsteady pressurized flow equations, this scheme is already employed for solving open-channel transient flows. It is presented, also, the comparison of the results obtained from the application of the MacCormack numerical scheme with the obtained using the Method of the Characteristics, in the solution of hydraulic transient in pressurized flow.

Neste trabalho é apresentada a solução das equações que regem o escoamento unidimensional não permanente em dutos sob pressão por meio do esquema numérico de MacCormack, esquema este, já empregado nos escoamentos transientes em condutos livres. É apresentada, também, a comparação dos resultados obtidos com a aplicação do esquema de MacCormack em relação aos obtidos através do método das características, na solução de transientes hidráulicos em condutos forçados. / This dissertation introduces the MacCormack numerical scheme for the solution of the one-dimensional unsteady pressurized flow equations, this scheme is already employed for solving open-channel transient flows. It is presented, also, the comparison of the results obtained from the application of the MacCormack numerical scheme with the obtained using the Method of the Characteristics, in the solution of hydraulic transient in pressurized flow.