ضربه قوچ جریان لوله‌ای ناپایدار

ضربه قوچ جریان لوله‌ای ناپایدار – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

مکانیک سیالات – جریان لوله‌ای ناپایدار :  ضربه قوچ

اهداف :

• بررسی موج‌زدگی در یک خط لوله که از بستن ناگهانی شیرآب حاصل می‌شود.

• مقایسه اثرات ابزارهای فشار شکن نظیر تانکهای موج یا خطوط لوله حلقوی

مقدمه :

بستن ناگهانی یک شیر کنترل یا متوقف کردن یک پمپ، فشار اضافی را در خطوط ایجاد می‌کند. واژه‌های «ضربه قوچ‌» و حالت سیالی یا ناپایداری هیدرولیک که اخیرا بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، به تغییر فشار ناشی از افزایش یا کاهش ناگهانی سرعت سیال اشاره دارد. این پدیده ناپایدار،‌ مرتبط با تغییرات بین انرژی جنبشی و انرژی فشاری، مثبت یا منفی، می‌باشد. اگر فشار ایجاد شده  در لوله‌ای از فشاری که شرکت تولید کننده آن لوله در نظر گرفته است‌ تجاوز کند لوله ممکن است دچار پارگی یا شکستگی ‌شود. در این خصوص، در صورتی که ابزار محافظ فشار نصب شده باشد، از بروز نتایج و پیامدهای زیان‌ بار جلوگیری خواهد شد.

مهندسین هیدرولیک، طراحان تاسیسات آب و اپراتورهای پمپها می‌بایست از امواج ناشی از ضربه قوچ‌ و محدوده مجاز آن آگاهی داشته باشند و در صورت بروز چنین پدیده‌ای بتوانند آن را هر چه سریعتر مرتفع سازند.

علتهای عمومی ایجاد ناپایداری هیدرولیک چنین هستند :

• باز کردن یا بستن ناگهانی شیرها در یک خط لوله

• روشن کردن یا خاموش کردن پمپها در یک سیستم پمپ‌دار

• افزایش ناگهانی ورود سیال به رود یا مجرای فاضلاب ناشی از آشفتگی جریان

• خطاهای عاملی یا تابعی تجهیزات

مطالعه ناپایداری هیدرولیکی با بررسی انتشار موج صوتی در هوا شروع شد و از تئوریهای استخراج شده بوسیله جوکوسکی (یک دانشمند روسی، ۱۹۰۰) و آلیوی (یک محقق فرانسوی، ۱۹۰۳) پیروی می‌شود. در سال ۱۸۹۷ جوکوسکی، در مسکو آزمایشهای بسیاری را بر روی لوله‌های با محدوده قطرهای mm50 تا mm150 و طولهای از m350 تا m7620 هدایت کرد. او فرمولی را برای سرعت موج زدگی حاصل از کاهش فشار و کاهش سرعت، ارائه داد . او اثرات سرعت متفاوت بستن شیر (تدریجی یا فوری) را نیز بررسی کرد.

قانون جاکاوسکی‌ : ارتفاع ضربه قوچ‌ H در بستن فوری شیر در یک لوله صلب چنین است.

ضربه قوچ جریان لوله‌ای ناپایدار

امواج فشاری ناشی از تغییر آنی سرعت

انتشار و انعکاس موج در یک لوله صلب منفرد

در فیزیک آموخته‌ایم که فرکانس (f) یک موج صوتی در یک لوله که یک انتهای آن بسته است، f=l/c=4L/c می‌باشد که در آن،‌L طول لوله، l طول موج و C سرعت موج صوتی در مایع می‌باشد. اگر زمان بستن t<=2L/c باشد، بستن،‌فوری یا ناگهانی نامیده می‌شود و اگر ۴L/c t باشد بستن، تدریجی است .

تندی ناپایداری در یک لوله غیرصلب (چادری ۱۹۷۹ (chaudhry))

تندی امواج قوچی‌، علاوه بر ضریب اصلی کشسانی سیال (K) به خواص کشسانی موانع مجرایی و خارجی نیز بستگی دارد.

هالیول (۱۹۶۳)، با صرفنظر کردن از حضور گازهای آزاد، عبارت کلی زیر را ارائه داد :

بستن جزیی شیر (دریچه)

اگر هنگامی که یک شیر (دریچه) بصورت جزیی بسته می‌شود (که به سرعت به اندازه dv از V₀ کاهش می‌یابد)، پاسخ ضربه قوچ‌ بصورت خطی کشسان باشد، معادله (۴) بصورت:

مثالهای از بستن جزیی شیر (دریچه) :

<QA شیر (دریچه) در انتهای لوله‌ای به طول L=750m در ۱۰ مرحله، هر مرحله در ۲L/c ثانیه بسته می‌شود (c=1200 m/s) ارتفاع اولیه شیر m120،‌ است و سرعت اولیه جریان ۳٫۵ m/s می‌باشد . ارتفاع فشاری در شیر را بعد از ۲۵/۱ و ۵/۲ ثانیه تعیین کند و با نتایج بستن ناگهانی شیر، مقایسه کنید.

ضربه قوچ جریان لوله‌ای ناپایدار

محافظت از موج‌زدگی :

کار اصلی‌قبل از انتخاب هر وسیله محافظتی این است که تجزیه ضربه‌ قوچ بصورت مناسب انجام شود. ابزارهای محافظتی شامل لوله‌های ایستاده، برجهای موج زن تک جهته، مجراهای هوا، چرخ لنگر، شیرهای کمک فشار، کنترل الکتریکی، لوله فرعی پمپ و غیره می‌باشد. اهداف انتخاب یک سیستم کنترل مناسب چنین هستند :

دستگاه :

یک پمپ آب میله‌ای سانتریفوژ که بوسیله موتوری با سرعت متغیر کنترل می‌شود، آب را به یک سیستم خط لوله تحویل می‌دهد. آب از یک مخزن زیرزمینی از طریق خط لوله به بالا پمپ می‌شود و سرانجام به مخزن برمی‌گردد. سیستم خط لوله شامل چندین قطعه لوله و چندین لولا، دوتانک عمودی با ارتفاع ثابت، یک خط لوله فشاری حلقوی، درجه فشار، ده شیر توپی که سریع بسته می‌شود و یک جریان سنج می‌باشد. دوتانک بالای حلقوی بزرگ ایستاده نصب می‌شوند تا موج‌زدگی حاصل از بستن ناگهانی عملکرد شیر یا پمپ تا حد امکان کاهش یابد.

روشها

این آزمایش برای بررسی پدیده ناپایداری جریان در داخل خط لوله طراحی شده است که این ناپایداری بعلت ضربه قوچ‌ ناشی از بستن ناگهانی شیرها  و بعلت کاهش فشار ناشی از استفاده از وسایلی مانند تانک عمودی ایستاده و یا لوله حلقوی طویل می‌باشد.

این آزمایش به ۵ بخش تقسیم می گردد :

بخش ۱ فشار طبیعی را اندازه می‌گیرد که در نقطه طراحی شده پایین جریان (سنسور فشاری P₃)  در امتداد خط لوله تحت شرایط حالت‌ پایدار، قابل خواندن است.

ضربه قوچ جریان لوله‌ای ناپایدار

سؤالات

۱-         یک منحنی اجرایی برای پمپ ONGA، مدل ۱-۱۴۲ توسط سازنده بصورت زیر ارائه می‌شود :

مطالب زیر نیز باید در نظر گرفته شود :

۱-         خلاصه آزمایش جدول بندی می‌شود، اطلاعات آزمایشگاهی تجمع یافته (سرعت پمپ، سرعت جریان،‌ فشار در P₃) و خروجی گرافیکی تغییرات فشاری و میرا گری در برابر  زمان نشان داده می‌شود.

۲-         یک منحنی  اجرایی برای پمپ ONGA، مدل ۱-۱۴۲ بوسیله سازنده ارائه می‌شود:

H=34.583-1.0238Q-0.497Q².

که ارتفاع آب خروجی H(m) برحسب تخلیه بار Q (لیتر بر ثانیه) بیان می‌شود.

با سرعت جریان و فشارهای ثبت شده در P₂ , P₁ از مرحله ۴ این روش، ارتفاع آب ایجاد شده بوسیله پمپ را تأیید کنید. اگر درجه فشار نصب گردد،‌مشاهده می‌شود که آب در لوله تحویل، ‌فورا پمپ را ترک می‌کند.

۳-         ماکزیمم فشار را در P₃ تحت ۵ شرط متفاوت ارائه شده در مراحل ۴ تا ۸ این روش، تخمین بزنید و آنها را با نتایج آزمایشگاهی ثبت شده، مقایسه کنید.

۴-         اختلاف یافت شده بین محاسبات تئوری و نتایج آزمایشگاهی را بررسی کنید و روشهایی را برای اصلاح صحت، پیشنهاد کنید.