Computational Fluid Dynamics Modeling of Benzene Propagation in Water Pipe

Modeling of water quality in distribution systems becomes nowadays a very popular tool applied in the processes of systems design and operation. Usually, according to everyday practice and literature reports, the chlorine propagation is one of the most frequently reported subjects of modeling. Meanwhile, literature presents many examples of pollutants originated in polymer pipes’ material seriously deteriorating the quality of water in distribution systems. In this case, the computational fluid dynamics (CFD) may be applied to numerical calculations of simultaneous transport of several organic and non-organic pollutants in drinking water supply systems constructed of metal or polymer pipes. This paper contains the presentation of recognized pollutants migrating to drinking water from plastic pipes, possibilities of CFD application to water quality modeling and basic set of necessary input data as well as range of simulation results. The numerical calculations for dynamic benzene propagation inside the close loop pipe model was performed by Fluent, Ansys. Inc. for the three selected values of velocity flow. Our modeling attempt was performed as the preliminary step in the assessment of dynamic migration of pollutants originated from high-density polyethylene (HDPE) pipe and the input data and initial and boundary conditions were based on the available literature reports.

Modelowanie parametrów jakości wody w systemach dystrybucji jest obecnie stosowane zarówno w procesie projektowania, jak i w eksploatacji sieci wodociągowych. Najczęściej stosowanym w modelowaniu wskaźnikiem jakości wody w sieci jest rozkład chloru. Badania literaturowe wskazują, iż istnieje duża grupa zanieczyszczeń pogarszających jakość wody a pochodzących z materiału przewodów. W celu numerycznego określenia transportu tych zanieczyszczeń w sieciach wodociągowych wykonanych z różnych materiałów może być zastosowana obliczeniowa dynamika płynów (CFD). W artykule przedstawiono najczęściej identyfikowane w wodzie zanieczyszczenia pochodzące z materiału przewodów wykonanych z tworzyw sztucznych, możliwości zastosowania CFD do modelowania jakości wody oraz niezbędne w tym celu dane wejściowe. Zaprezentowano numeryczne obliczenia rozprzestrzeniania się benzenu w wodzie wypełniającej układ zamknięty wykonany z przewodu HDPE. Obliczenia modelowe przeprowadzono za pomocą programu Fluent, Ansys Inc. dla trzech różnych prędkości przepływu przez modelowany przewód. Przedstawione obliczenia zostały wykonane jako wstępna ocena zachodzącej w warunkach dynamicznych migracji zanieczyszczeń organicznych z materiału rur HDPE, w związku z czym dane wejściowe oraz warunki początkowe i brzegowe ustalono na drodze badań literaturowych.