بررسی تاثیر جنس لوله بر دبی نشت خروجی از بازشدگی و رابطه نشت-فشار در لوله های پلاستیکی شبکه های انتقال آب

سینا ضیاء شیخ الاسلامی : دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی آب و فاضلاب، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی

محمدرضا جلیلی قاضی زاده : استادیار گروه مهندسی آب و فاضلاب، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی

سید علی صدر الساداتی : دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب و فاضلاب، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی

مقاله بررسی تاثیر جنس لوله بر دبی نشت خروجی از بازشدگی و رابطه نشت-فشار در لوله های پلاستیکی شبکه های انتقال آب در اولین کنفرانس بین المللی آب , محیط زیست و توسعه پایدار در گروه مهندسی عمران دانشکده فنی , دانشگاه محقق اردبیلی در مهر 1395 ارائه شده است.
چکیده : چکیده : وجود تلفات در سیستم توزیع آب اجتناب ناپذیر است به همین دلیل باید برای کنترل و تقلیل این تلفات نیاز به بررسی رفتار نشت و عوامل تاثیر گذار روی آن است. یکی از عوامل تاثیرگذار روی مقدار نشت تغییرات فشار در شبکه توزیع آب است. تغییرات فشار در شبکه توزیع آب روی تغییرات سطح مقطع انواع بازشدگی در لوله های شبکه توزیع آب تاثیر میگذارد و باعث می شود با افزایش هد فشار در شبکه توزیع آب میزان نشت خروجی از بازشدگی نیز افزایش بیابد. در این تحقیق به بررسی و مدلسازی تاثیر فشار روی تغییرات سطح مقطع و نشت خروجی از سه نوع مختلف بازشدگی در دو لوله پلی اتیلن با چگالی بالا و پی وی سی سخت با استفاده از نرم افزار انسیس پرداخته شده است و با برازش روابط ریاضی به مقادیر دبی نشت خروجی از بازشدگی تاثیر فشار و نرخ رشد مساحت بازشدگی روی دبی خرجی از بازشدگی نشان داده شده است.
کلمات کلیدی: نشت، فشار، پلی اتیلن با چگالی بالا، پیویسی سخت، انسیس

این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید

1- مقدمه
لوله‌های مورد استفاده در شبکه های توزیع آب در سراسر دنیا در گذر زمان طولانی دچار خوردگی و شکستگی میشوند و به همین دلیل نشت از شبکه‌های توزیع آب یکی از اصلی‌ترین منابع اتلاف آب است، طبق آمار سازمان بهداشت جهانی در سال 001 ، 70 % از آب به حساب نیامده ناشی از نشت از سیستم توزیع آب بوده است و به همین دلیل از گذشته تحقیقات گستردهای بر روی میزان نشت از سیستم توزیع آب انجام شده است عوامل مختلفی میتواند سبب افزایش هدر رفت واقعی آب از شبکه‌های انتقال و توزیع آب گردد که از جمله میتوان به عمر بالای زیرساختها (شامل لوله‌ها، مخازن، ایستگاه‌های پمپاژ و دیگر اجزاء شبکه‌های آبرسانی)، فشار، خوردگی داخلی و خارجی و جنس لوله‌ها، ضعف در طراحی و اجرای شبکه‌ها، بهره‌برداری ضعیف، شرایط بارگذاری، شرایط خاک و عدم تعمیر و نگهداری در زمان مناسب، اشاره نمود. اصلاح وضعیت فیزیکی شبکه نیازمند برنامه‌ریزی بلند مدت و صرف هزینه و زمان قابل توجه بوده و حتی اگر بهسازی شرایط زیر ساخت از لحاظ اقتصادی دارای توجیه باشد، همچنان نسبت به دیگر روش‌های موجود دارای اولویت اجرایی نخواهد بود. عامل مؤثر دیگر بر نشت، فشار حاکم بر شبکه می‌باشد. معمولاً نقش فشار کمتر از شرایط فیزیکی و ساختاری شبکه در نظر گرفته میشود ولی مدیریت فشار نسبت به مدیریت اقلام سرمایه‌ای و بهبود فیزیکی شرایط زیرساخت شبکه، به دلیل مزیت‌های اقتصادی قابل توجه، از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و مدیریت فشار یک اقدام کلیدی در استراتژی کاهش نشت در شبکه محسوب میشود به این دلیل شناخت رابطه بین نشت و فشار در شبکه توزیع آب از اهمیت زیادی برخوردار است.
در گذشته فرض بر این بود که مقدار نشت از بازشدگی در لوله با جذر هد فشار آب داخل آن نسبت مستقیم دارد رابطه که به نام رابطه توریچلی شناخته میشود بیانگر این مطلب است.
در این تحقیق از روش تحلیل المان محدود برای بررسی تغییرات سطح مقطع سه نوع بازشدگی ( ترک طولی، ترک محیطی و سوراخ دایره‌ای ) نسبت به تغییرات هد فشار در بازه بین 10 متر الی 150 متر در لوله‌های پلاستیکی مورداستفاده در شبکه‌های توزیع آب استفاده شده است و مقادیر دبی نشت خروجی از بازشدگی در هد فشارهای مختلف محاسبه شده ست و در انواع بازشدگی با هم مقایسه شده است. در ادامه برای بررسی وابستگی دبی نشت خروجی از بازشدگی به تغییرات فشار، با استفاده از نرم افزار متلب یک رابطه توانی به مقایر دبی نشت برازش داده شده است. سپس توان رابطه برازش داده شده که به عنوان توان نشت در نظر گرفته می شود در انواع مختلف لوله و بازشدگی با یکدیگر مقایسه شده است.
این تحقیق فرض شده که ابتدا و انتهای لوله‌ها کاملاً ثابت هستند و هیچگونه حرکت انتقالی و یا چرخشی ندارند. برای بارگذاری لوله‌ها نیز فشار به صورت عمود بر سطح داخلی لوله و لبه‌های ترک و سوراخ دایرهای وارد شده است. محدوده هد فشارهای مورد بررسی در این تحقیق در بازه بین 10 الی 150 متر است.
انتخاب طول انواع لوله بر اساس آنالیز حساسیت انجام شده برای مقدار تنش و کرنش در گره وسط ترک و سوراخ دایره‌ای انجام شده تا طول لوله روی نتایج به دست آمده برای سطح مقطع بازشدگی بی تأثیر باشد. برای المان بندی لوله‌ها از المان 4 وجهی با 10 گره 4 استفاده‌ شده است و اندازه المان‌ها نیز بر اساس آنالیز حساسیت انجام شده برای مقدار تنش در وسط ترک و سوراخ دایره‌ای انتخاب شده است تا اندازه المان روی نتایج بیتأثیر باشد. معیار انتخاب گره وسط ترک و سوراخ دایره‌ای گره‌ای بوده است که بیشترین حرکت محوری را داشته است. برای ترک‌های طولی و محیطی اندازه المان 1 میلیمتر و برای سوراخ 5 / 0 میلیمتر انتخاب شده است.
نتیجه گیری
بررسی تغییرات سطح انواع بازشدگی در لوله‌های تحت فشار مشخص شده است که در شرایط یکسان ماده لوله بیشترین نرخ رشد مساحت بازشدگی به ترتیب مربوط به ترک طولی، ترک محیطی و سوراخ دایره‌ای است. در شرایط یکسان بازشدگی بیشترین نرخ رشد مساحت مربوط به ماده لوله با مدول الاستیسیته پایینتر و در نتیجه صلبیت کمتر است. در شرایط وجود سوراخ دایره‌ای نرخ رشد مساحت را میتوان تقریباً صفر در نظر گرفت.
با افزایش هد فشار جریان داخل لوله سرعت جریان عبوری از بازشدگی افزایش مییابد و این باعث افزایش آشفتگی جریان خروجی از بازشدگی
میشود. حداکثر عدد رینولدز در انواع بازشدگی به ترتیب در سوراخ دایره‌ای، ترک طولی و ترک محیطی اتفاق می‌افتد و علت این مسئله این است که بیشترین شعاع هیدرولیکی به ترتیب در این بازشدگی‌ها به دست میآید. با افزایش سرعت و آشفتگی جریان ضریب تخلیه جریان عبوری از بازشدگی کاهش مییابد و به مقدار 6 / 0 میل میکند. بیشترین ضریب تخلیه در بین بازشدگی‌ها به ترتیب مربوط به ترک محیطی، ترک طولی و سوراخ دایره‌ای است.
بیشترین دبی نشت خروجی از بازشدگی در یک لوله ثابت به ترتیب مربوط به ترک طولی، ترک محیطی و سوراخ دایره‌ای است. و در شرایط یکسان بازشدگی بیشترین دبی نشت خروجی و توان نشت مربوط به لوله با مدول الاستیسیته پایینتر است. با بررسی توان نشت که معرفی کننده وابستگی دبی نشت نسبت به هد فشار است مشخص میشود که در ترک‌های طولی و محیطی توان نشت بیشتر از توان نشت معرفی شده در رابطه توریچلی است و بیشتر از 5 / 0 است. بیشترین توان نشت به دست آمده به ترتیب مربوط به ترک طولی، ترک محیطی و سوراخ دایره‌ای است.
این مقاله به صورت خلاصه در سایت قرار گرفته است و برای دریافت آن به صورت کامل شامل فرمول‌ها و نتایج به سایت سیویلیکا مراجعه نماید