Abstract
The channel-flow form of the equations describing fluid flow in soft-walled tubes is analysed. Several analytical solutions for the properties of the flow existing in tubes with various analytical forms of pressure/ area relationships are presented. The vital relationship of the tube mechanical stability to the flow Mach number is established. The necessary conditions for the formation of a hydraulic jump are established, and the resultant degradation in total pressure determined. Finally, an example numerical result for an hydraulic jump is given.
Sommaire
On analyse l'écoulement sous forme canalisée de l'équation découlement des fluides dans les tuyaux à paroi souple. Plusieurs solutions analytiques des propriétés de l'écoulement rencontré dans les tuyaux ayant différentes formes analytiques des relations pression surface, sont présentées. La relation vitale entre la stabilité mécanique du tuyau et le nombre de Mach de l'écoulement est établie. Les conditions nécessaires pour la formation d'un saut hydraulique sont établies et la dégradation résultante de la pression totale est déterminée. On donne enfin l'exemple d'un résultat numérique d'un saut hydraulique.
Zusammenfassung
Die Kanaldurchflußform von Gleichungen, die den Flüssigkeit durchfluß in weichwandigen Röhren beschreiben, wird analysiert. Es werden mehrere analytische Lösungen für die Durchflußmerkmale, die in Röhren mit verschiedenen analytischen Formen von Druckbereichsverhältnissen bestehen, vorgestellt. Das wichtige Verhältnis der mechanischen Festigkeit der Röhre zur Machzahl des Durchflusses wird aufgestellt, und auch die notwendigen Bedingungen für die Bildung eines hydraulischen Sprungs und die sich ergebende Abnahme im Gesamtdruck werden festgelegt. Schließlich wird ein numerisches Ergebnis als Beispiel angeführt.
Similar content being viewed by others
Abbreviations
- A :
-
tube cross-sectional area
- C :
-
wavelet speed
- D :
-
mean hydraulic diameter=4A/perimeter
- D/Dt :
-
substantial derivative=∂/∂t+u∂/∂x
- E :
-
Young's modulus
- f :
-
friction factor=wall shear stress/ρu 2/2
- f x :
-
axial body force
- g :
-
gravitational constant
- H :
-
height above reference plane
- h :
-
enthalpy
- h o :
-
reference-tube wall thickness (equns. 8 and 9)
- K, k :
-
elastic constants (eqns. 8 and 10)
- M :
-
Mach number=u/C=U/S
- p :
-
pressure
- P :
-
dimensionless pressure=p−p 0/ρC 0 2
- p f, pt :
-
fluid pressure and tube pressure (eqn. 29), respectively
- P t :
-
total pressure=p+1/2ρu 2+ρgH
- P T :
-
diemnsionless total pressure=p t−p0/ρC 0 2
- q :
-
heat added per mass per second
- R 0 :
-
reference-tube radius (eqns. 8 and 9)
- s :
-
entropy
- S :
-
dimensionless wavelet speed=C/C 0
- t :
-
time
- u :
-
velocity
- U :
-
dimensionless velocity=u/C 0
- W :
-
constant=U 2α2 (eqn. 33)
- x :
-
axial direction
- α:
-
dimensionless area=A/A 0
- v :
-
Poisson's ratio
- ρ:
-
density
References
Attinger, E. O. (1968) Analysis of pulsatile blood flow. InAdvances in biomedical engineering and medical physics Ed. S. N. Levine,1, 1–59.
Griffiths, D. J. (1969) Urethral elasticity and micturition hydrodynamics in females.Med. & Biol. Eng.,7, 201–213.
Griffiths, D. J. (1971a) Hydrodynamics of male micturition. I.—Theory of steady flow through elastic walled tubes,ibid.,9, 581–588.
Griffiths, D. J. (1971b) Steady flow through veins and collapsible tubes,ibid.,,9, 597–602.
Holt, J. P. (1969) Flow through collapsible tubes and throughin situ veins,IEEE Trans.,BME-16.
Kuchar, N. R. andOstrach, S. (1968) Flow development effects in the vascular system,Proc. A. Conf. Eng. Med. Biol.,10, 16.1.
Liepmann, H. W. andRoshko, A. (1956)Elements of gasdynamics. John Wiley and Sons.
Nicholson, H. W., Heiser, W. H. andOlsen, J. H. (1967) Wave propagation in liquid filled elastic tubes,Bull. Mech. Eng. Educ.,6, 371–376.
Sokolonikoff, I. S. andRedheffer, R. M. (1958)Mathematics of physics and modern engineering. McGraw-Hill, 517–519.
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Superscript * refers to conditions at the location where the Mach number is unity Subscript 0 refers to conditions when tube is at reference pressurep 0 (see eqns. 8–10)
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Oates, G.C. Fluid flow in soft-walled tubes part 1: Steady flow. Med. & biol. Engng. 13, 773–779 (1975). https://doi.org/10.1007/BF02478077
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF02478077