بررسی آلودگی آب آشامیدنی در خطوط لوله براثر ضربه قوچ

میلاد پایسته ، دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی رودخانه دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

علیرضا کرامت، استادیار گروه عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

مقاله بررسی آلودگی آب آشامیدنی در خطوط لوله براثر ضربه قوچ در ششمین کنفرانس ملی مدیریت منابع آب ایران در 1 الی 3 اردیبهشت 1395 در دانشگاه کردستان ارائه شده است.
چکیده
پدیده ضربه قوچ تغییرات ناگهانی در فشار سیال را به دنبال دارد که این تغییرات به صورت موج در طول لوله حرکت می‌کنند. در لحظاتی که موج فشار منفی به نقاطی از خطوط لوله که در آن نشت احتمالی وجود داشته باشد، برسد، به علت وجود فشار منفی، مواد از فضای اطراف لوله به جریان سیال درون لوله وارد می‌شوند. این پدیده در اتصالات لوله‌های پلی اتیلن، خصوصاً در شرایطی که موقعیت لوله زیر تراز آب زیرزمینی است، بسیار محتمل می‌باشد. در این تحقیق با ارائه مدل عددی در نرم افزار MTALAB  نشان داده شده است که آلودگی، چگونه به دنبال ضربه قوچ به جریان درون سیال وارد شده و چه تاریخچه‌ای در نقاط مختلف درون لوله خواهد داشت. در فرآیند تحلیل، ابتدا مسأله ضربه قوچ حل شده و توزیع سرعت و فشار در هر لحظه در طول لوله بدست میآید. این اطلاعات در مرحله بعد برای حل معادلات انتقال – پخش به کارگرفته میشود. نتایج حاکی از ورود مواد آلوده کننده با غلظت 21 و 4 میلی گرم بر لیتر، در فاصله 40 متری بعد و قبل از نشت، به درون جریان لوله تحت تأثیر تغییرات ناگهانی در فشار ناشی از ضربه قوچ است. 
کلید واژه ها : ضربه قوچ، جابجایی-پخش، آلودگی شبکه آبرسانی، جریان غیرماندگار

تعریف ضربه قوچ

ضربه قوچ یکی از مسائل مهم در هیدرولیک جریانهای تحت فشار است. موج فشاری ضربه قوچ در خطوط انتقال آب بر اثر تغییرات ناگهانی سرعت در یک نقطه مانند زمان بسته شدن شیر و یا خاموش شدن پمپ به وجود می‌آید، که منجر به تغییراتی شدید در سرعت و فشار جریان می‌شود. پدیده ضربه قوچ تاثیر و کاربردهای گوناگون در زندگی بشر داشته است، گاه در پمپ‌های ضربه قوچی عامل افزایش هد آب و انتقال آب به بالادست بوده است و گاه منجر به آسیب به خطوط لوله و ترکیدگی آن شده است ( Richard 1898 ) با انجام مطالعات بسیاری بر روی پمپ‌های تجاری به مدت پنج سال نتیجه گرفت که پمپ‌های ضربه قوچی دارای راندمان کاری ناچیزی می‌باشند. ( Zhao et al. 2010) از روش ضربه قوچ و پالس فشاری برای گندزدایی و دفع رسوبات در سیستم انتقال آب استفاده کردند.
تئوری کلاسیک ضربه قوچ اولین بار توسط جوکووسکی بر اساس مطالعات نظری و آزمایشگاهی ارائه گردید .وی رابطه‌‌ای جهت تعیین سرعت انتشار امواج فشاری به دست آورد و با استفاده از معادلات پیوستگی و اندازه حرکت، رابطه‌ای بین کاهش سرعت و افزایش فشار در این پدیده ارائه نمود. استریتر ولای برای نخستین بار روش مشخصه‌ها را در تحلیل جریان گذرا با استفاده از کامپیوتر تعمیم دادند . گروهی از محققین با بررسی پدیده اندرکنش سازه و سیال روابط پیوستگی و مومنتم را برای این شرایط بسط دادند.
این تحقیق با بسط یک مدلسازی عددی، سعی بر تعیین میزان و نحوه تغییرات آلودگی وارد شده به لوله بر اثر ضربه قوچ دارد. این فرآیند در لوله‌های انتقال آب که در زیر زمین دفن شده‌اند، محتمل میباشد. در صورت وجود نشت در این لوله‌ها موج فشاری ناشی از ضربه قوچ میتواند، آلودگی اطراف نشت را به درون سیستم انتقال آب مکش کند. مطالعه در مورد مخزنی فرضی با یک خط لوله انتقال با ابعاد مشخص انجام میشود که در فاصله معین از شیر، از روزنه‌ای در لوله، آلودگی با غلظت مشخص وارد لوله میشود. در عین حال، به دلیل تغییر ناگهانی در سرعت در پایین دست جریان در لوله، یک موج فشاری در لوله ایجاد شده و تغییرات زیادی در سرعت و فشار سیال در هر نقطه، در هر زمان خواهد داشت. با استفاده از رابطه کلی جابجایی پخش، چگونگی انتشار این آلودگی در طول زمان، مدل‌سازی میشود. به این ترتیب در ابتدا، شرایط حاکم بر جریان تحت فشار و پدیده ضربه قوچ بررسی شده و معادلات لازم برای حل عددی آن، ارائه میشود. سپس با داشتن سرعت و فشار در نقاط مختلف لوله در زمان‌های مختلف، با جایگذاری در روابط جابجایی- پخش گسسته‌سازی شده، پیش بینی لازم از انتشار آلودگی نشت یافته بدست خواهد آمد. مسئله پیشرو ، از دو رکن اصلی ، پدیده ضربه قوچ و پدیده جابجایی- پخش در سیالات تشکیل شده است. شبیه سازی جریان اولین گام در مدل سازی کیفیت آب در سیستمهای مخزن و لوله میباشد. معادلات جریان در حالت ماندگار با نشت ،به وسیله رابطه دارسی- ویسباخ و رابطه روزنه حل میشوند و دبی و هد در تمام طول لوله محاسبه میشود و به عنوان شرایط اولیه برای جریان غیر ماندگار ضربه قوچ مورد استفاده قرار میگیرد. 
متن کامل مقاله بررسی آلودگی آب آشامیدنی در خطوط لوله براثر ضربه قوچ را از سایت سیویلیکا تهیه نمائید.