بررسی عددی و آزمایشگاهی وقوع پدیده کاویتاسیون در مجاری تخلیه کننده تحتانی

بررسی عددی و آزمایشگاهی وقوع پدیده کاویتاسیون در مجاری تخلیه کننده تحتانی

بدیهی است منابع آب برای حیات موجودات زنده و بخصوص زندگی بشر امری ضروری است.. تخلیه کننده‌ها مجموعه‌ای از سازه‌ها هستند که برای انتقال آب از دریاچه سد به نقطه تخلیه در پایین دست به‌کار می‌روند. از اینرو به دلیل اهمیت موضوع این بخش از سد، تحلیل عملکرد تخلیه کننده شامل مجرا، دریچه‌ها و خروجی آن از حساسیت خاصی برخوردار است. وجود جریان تحت فشار در بالادست دریچة تخلیه کننده، وجود افت انرژی جریان به علت عوامل مختلف و همچنین مقادیر بسیار کم نسبت باز شدگی دریچه به هد آب روی دریچة تخلیه کننده، سبب می‌شود استفاده از روابط و نتایج به دست آمده از روش‌های تئوری باعث خطاهای چشمگیری در تعیین پارامترهای مختلف مربوط به تخلیه کننده‌ها از جمله مقادیر افت فشار دریچه‌ها و ظرفیت آب‌گذری آن شود. پایان نامه حاضر، با هدف بررسی توزیع فشار در نقاط مختلف مجرای تخلیه‌کننده، تعیین ظرفیت آب‌گذری دریچه و محاسبه ضریب آبگذری آن، بررسی امکان رخداد کاویتاسیون، مقایسه حالت های ارائه شده برای هوادهی بعد از دریچه سرویس و پس از دریچه اضطراری در صورت عملکرد توام دو دریچه، همچنین تعیین ضرایب افتهای اصلی در مجرا شامل؛ افت اصطکاکی، افت ناشی از تبدیل و افت دریچه، با استفاده از داده‌های به دست آمده از مدل فیزیکی تخلیه کننده تحتانی سد نرماشیر، صورت گرفته است. بر این اساس از مدل فیزیکی مجرا و دریچه ها (سرویس و اضطراری) که در آزمایشگاه مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری ساخته شده استفاده شد وآزمایشات لازم انجام پذیرفت. مقادیر هد فشار در نقاط مختلف و میزان آبگذری دریچه درسه تراز ماکزیمم و نرمال و مینیمم مخزن اندازه­گیری و نتایج آن در جداول و نمودارهای مربوطه ارائه شدند همچنین با استفاده از نرم افزار Flow 3D مدل عددی تخلیه کننده در این هد و در سه بازشدگی 60 ،80 و100 درصد شبیه سازی شد تا هم مقایسه ای بین نتایج آزمایشگاهی و عددی شده باشد و هم نتایج های پیشین در این پایان نامه مورد مقایسه قرار گیرد. در ادامه خواهیم دید در هردو صورت عملکرد تک دریچه و در صورت عملکرد توام اندیس کاویتاسیون در نواحی بحرانی مثل شیار دریچه ها و بین دریچه ها درحالت تک دریچه در محدوده مجاز قرار داشته و عملا خطر وجود کاویتاسیون را منتفی می سازد اما در حالت عملکرد توام در بعضی بازشدگی ها فشارها منفی گشته و احتمال وقوع کاویتاسیون را می دهد .

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه

1-1-مقدمه. 2

1-2-متدولوژی تحقیق.. 2

1-2-1-تعریف تخلیه کننده تحتانی.. 2

1-2-2-میدان جریان درتخلیه کننده 5

1-2-3-مکانیزم کاویتاسیون در تخلیه کننده ها 6

1-2-4-پارامترهای موثر بر آن. 10

1-2-5-راه های جلوگیری از آن. 10

1-3-اهمیت موضوع. 11

1-4-اهداف تحقیق.. 11

1-5-معرفی فصول پایان نامه. 12

فصل دوم : مروری بر پیشینه تحقیق

2-1-1-روش تجربی.. 14

2-1-2-روش ریاضی.. 18

2-2-طرح هیدرولیکی تخلیه کننده ها 19

2-2-1-بررسی جریان آزاد در تخلیه کننده ها 19

2-2-2-بررسی جریان تحت فشار در مجاری تخلیه کنند ها 21

2-2-3-جریان آب و هوا در تخلیه کننده تحتانی.. 24

2-3-هوادهی در تخلیه کننده تحتانی.. 31

2-3-1-مقدمه ای بر هوادهی.. 31

2-3-2-لزوم هوادهی پایین دست دریچه ها 32

2-3-3-عوامل موثر بر هواگیری جریان پایین دست دریچه. 32

2-3-4-هوادهی بین دو دریچه. 33

2-3-5-ملاحظات طراحی.. 34

فصل سوم: کارهای آزمایشگاهی و عددی

3-1-مقدمه. 37

3-2-مشخصات کلی سد نرماشیر. 38

3-2-1-رودخانه نرماشیر. 38

3-2-2-موقعیت جغرافیایی و مشخصات کلی سدنرماشیر و تاسیسات وابسته. 38

3-2-3-تخلیه کننده تحتانی.. 39

3-3-شرحی بر مدل‌های فیزیکی.. 40

3-3-1-معادلات حاکم. 40

3-3-2-آنالیز ابعادی.. 42

3-3-3-اصول تشابه سازی.. 43

3-4-طرح و ساخت مدل. 45

3-4-1-مقیاس مدل. 45

3-4-2-اجزاء مدل. 46

3-4-3-آب بندی مدل. 52

3-4-4-تقویت نمودن مدل. 52

3-5-ابزارهای اندازه گیری.. 52

3-5-1-اندازه گیری فشار. 53

3-5-2-اندازه‌گیری دبی جریان. 54

3-5-3-اندازه‌گیری ارتفاع آب مخزن. 56

3-5-4-اندازه‌گیری سرعت هوا 56

3-5-5-خطاهای اندازهگیری در مدل. 57

3-6-شرحی بر مدل عددی.. 59

3-6-1-دینامیک سیالات محاسباتی.. 59

3-6-2-معرفی نرم افزار. 60

3-6-3-مراحل شبیه سازی جریان در تخلیه کننده تحتانی در نرم افزار FLOW-3D.. 61

فصل چهارم: نتایج و تفسیر آنها

4-1-مقدمه 67

4-2-کارهای آزمایشگاهی و نتایج حاصله. 67

4-2-1-نحوه انجام آزمایشات... 67

4-2-2-بررسی نتایج حاصل از آزمایشات... 69

4-2-3- مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی.. 80

فصل پنجم: جمع بندی و ارائه پیشنهادات

5-1-مقدمه. 85

5-2-جمع بندی نتایج.. 85

5-2-1-نتایج آزمایشگاهی.. 85

5-2-2-نتایج عددی.. 89

5-2-3- ارائه پیشنهادات... 90

فهرست مراجع. 109

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل(1-1) تخلیه کننده تحتانی در یک سد خاکی.. 5

شکل(1-2) دریچه کشوئی تحتانی.. 6

شکل(1-3) جریان در لوله ونتوری و تعریف اندیس کاویتاسیون.. 9

شکل(2-1) پارامترهای مؤثر در آزمایش دریچه. 14

شکل(2-2) پروفیل جریان خروجی از دریچه. 15

شکل(2-3) پروفیل بدون بعد جریان خروجی از دریچه. 15

شکل(2-4) نمایی از تبدیل در آزمایش سوامی.. 16

شکل(2-5) نمودار تغییرات ضریب C برای دریچه روی سرریز. 20

شکل(3-1) نمایی از مخزن تامین هد.. 47

شکل(3-2) نمایی از دهانه زنگولهای.. 47

شکل(3-3) نمایی از بالادست دریچه اضطراری.. 48

شکل(3-4) نمایی از مقطع مجرا شامل شیار و مجرای پایین دست دریچه اضطراری.. 49

شکل(3-5) نمایی از دریچه اضطراری و سرویس(مقطع و پلان). 50

شکل(3-6) تونل انتقال.. 51

شکل(3-7) نمایی از تونل انتقال.. 51

شکل (3-8) توزیع مکانی پیزومترها در مجرای مدل و دریچه ها ... ........................ 68

شکل(3-9) نمائی از تابلو قرائت فشارها 53

شکل(3-10) نمایی از لیمینیمتر جهت اندازهگیری تغییرات سطح آب روی سرریز. 55

شکل(3-11) نمایی از سرریز لبه تیز مستطیلی و Point Gage مربوطه. 55

شکل(3-12) تصویر کانال آرام کننده جریان به همراه لمینیمتر(دستگاه اندازه گیری عمق آب). 56

شکل(3-13) سرعت سنج (Hot Wire) استفاده شده در اندازه گیری سرعت هوا 57

شکل(3-14) نمایش قسمت Model Setup.. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-15) تعیین فیزیک مسئله توسط نرمافزار. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-16) انتخاب سیال.. Error! Bookmark not defined.

شکل(3-16) نمایش تعداد و محل بلوکهای مشبندی شده و شرایط مرزی آنها 61

شکل(3-17) نمای سه بعدی از مدل فیزیکی.. 62

شکل(3-18) محل اولیه سیال قبل شروع آنالیز. 63

شکل(4-1) تغییرات ضریب آبگذری در هدهای مختلف.... 70

شکل(4-2) تغییرات ضریب آبگذری در هدهای مختلف.... 70

شکل(4-3) تغییرات میزان آبگذری در هدهای مختلف.... 71

شکل(4-4) تغییرات میزان آبگذری در هدهای مختلف.... 71

شکل(4-5) تغییرات عدد فرود به ازای هدهای مختلف.... 72

شکل(4-6) تغییرات عدد فرود به ازای هدهای مختلف.... 72

شکل(4-7) تغییرات ضریب هوادهی در هدهای مختلف.... 73

شکل(4-8) تغییرات ضریب هوادهی در بازشدگی های مختلف در عملکرد توام. 74

شکل(4-9) تغییرات دبی هوای ورودی به لوله هواده. 74

شکل(4-10) تغییرات دبی هوای ورودی به لوله هواده در حالت توام. 75

شکل(4-11) تغییرات دبی هوادهی نسبت به بازشدگی‌های مختلف دریچه اضطراری سد.. 76

شکل(4-12) توزیع فشاروارد بر کف مجرا در هدcm 670. 77

شکل(4-13) توزیع فشاروارد بر دیواره سمت راست مجرا در هد cm 670. 78

شکل(4-14) توزیع فشاروارد بر دیواره سمت راست مجرا در هد cm 670. 79

فهرست جداول

عنوان صفحه

جدول(2-1) ضرایب افت زانوها ..... 22

جدول(2-2) معرفی ضرایب افت تبدیلهای واگرا به ازاء زوایای مختلف واگرائی.. 23

جدول(3-1) مشخصات تخلیه کننده تحتانی سدنرماشیر. 39

جدول(3-2) نیروها و معادلات ابعادی آنها 41

جدول(3-3) پارامترهای بی بعد مورد استفاده در مدلهای فیزیکی.. 42

جدول(3-4) توزیع مکانی پیزومترها و معرفی موقعیت مکانی آنها 54

جدول(5-1) مقادیر اندیس کاویتاسیون درمحدوده بحرانی شیار دریچه سرویس در عملکرد 100% دریچه‌ها 86

جدول(5-2) مقادیر اندیس کاویتاسیون درمحدوده بحرانی شیاردریچه اضطراری درعملکرد 100% دریچه‌ها 86

خرید فایل

پاورپوینت بررسی کاویتاسیون

پاورپوینت بررسی کاویتاسیون

کاویتاسیون

این پدیده یکی از خطرناکترین حالتهایی است که ممکن است برای یک پمپ به وجود آید. آب یا هر مایع دیگری، در هر درجه حرارتی به ازای فشار معینی تبخیر می شود. هرگاه در حین جریان مایع در داخل چرخ یک پمپ، فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حبابهای بخار یا گازی در فاز مایع به وجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت می نمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حبابهای بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده و با سرعتهای فوق العاده زیاد به اطراف و از جمله پره ها برخورد می نمایند. در چنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورده شده و متخلخل می گردد. این پدیده مخرب در پمپ ها را کاویتاسیون می نامند. پدیده کاویتاسیون برای پمپ بسیار خطرناک بوده و ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را از بین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ جلو گیری گردد. کاویتاسیون همواره با صدا های منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ، بر شدت این صدا ها افزوده می گردد. صدای کاویتاسیون مخصوص ومشخص بوده وشبیه برخورد گلوله هایی به یک سطح فلزی است. هم‌زمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش در می آید. در انتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودائم تبدیل می گردد و در همین حال نیز راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

کاویتاسیون پدیده ای است که در سرعتهای بالا باعث خرابی و ایجاد گودال می گردد . گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالا رفتن سرعت‚فشار منطقه ای پائین می اید و ممکن است این فشار به حدی پائین بیاید که برابر فشار سیال در آن شرایط باشد و یا در طول سرریز یا حوضچه خلاءزایی در اثر وجود ناصافیها و یا ناهمواریهای کف سرریز خطوط جریان از بستر خود جدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی در منطقه جداشدگی کاهش یافته و ممکن است که به فشار بخار سیال برسد . در این صورت بر اثر این دوعامل بلافاصله مایعی که در آن قسمت از مایع در جریان است به حالت جوشش درامده و سیال به بخار تبدیل شده و حبابهایی از بخار بوجود میاید . این حبابها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای با فشار بیشتر رسیده و منفجر میشود و تولید سر وصدا می کند و امواج ضربه ای ایجاد می کند و به مرز بین سیال و سازه ضربه زده و پس از مدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش و خوردگی میکند . تبدیل مجدد حبابها به مایع و فشار ناشی از انفجار آن گاهی به ١٠٠٠ مگا پاسکال میرسد .

از انجایی که سطوح تماس این حبابها با بستر سرریز بسیار کوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی در اثر این انفجارها به بسترهای سرریز ها و حوضچه های آرامش وارد می کند . این عمل در یک مدت کوتاه و با تکرار زیاد انجام می شود که باعث خوردگی بستر سرریز می شود و به تدریج این خوردگیها تبدیل به حفره های بزرگ می شوند . این مرحله راCavitation erosion or cavitation pitting می نامند.

در سرریز های بلند چون سرعت سیال فوق العاده زیاد می باشد ‚در نتیجه نا صا فیهای حتی در حد چند میلیمتر هم می تواند باعث ایجاد جدا شدگی جریان شود . هر نوع روزنه با برامدگی تعویض ناگهانی سطح مقطع هم می تواند باعث جدایی خطوط جریان شود . این پدیده معمولا در پایه های دریچه ها بر روی سرریز ها‚در قسمت زیر دریچه های کشویی و انتهای شوتها رخ دهد .

شرایطی که موجب کاویتاسیون می گردد اغلب در جریانهای با سرعت بالا پدید می اید . بطور مثال سطح آبروی سریز که ٤٠ تا ٥٠ متر پایین تر از سطح تراز آب مخزن می باشد بطور حاد در معرض خطر کاویتاسیون قرار دارد . پدیده کاویتاسیون در جریانات فوق اشفته در پرش هیدرولیکی در مکانهایی مثل حوضچه های خلاءزایی مشکلات فراوانی ایجاد می کند .

صدمه کاویتاسیون به سازه های طراهی شده برای سرعتهای بالا و در سد های بلند و سرریزهای بزرگ یک مشکل دائمی است .

فاکتورهای موثر در پدیده کاویتاسیون

در طی حداقل ٢٠سال تجربه و بررسی عملکرد سرریزها ( شامل مدل و آزمایش بر روی پروتوتیپ ) این طور نتیجه گیری شده که کاویتاسیون در اثر عملکرد مجموعه ای از عوامل و شرایط است . معمولا یک عامل به تنهایی برای ایجاد مسئله کاویتاسیون کافی نیست ولی ترکیبی از عوامل هندسی و هیدرودینامیکی و فاکتورهای وابسته دیگر ممکن است منجر به خسارت کاویتاسیون گردد .

از مهمترین عواملی که می توانند در این زمیه ممکن است دخیل باشند می توان به موارد زیر اشاره کرد :

خرید فایل

دانلود مقاله پدیده کاویتاسیون

      معرفی پدیده کاویتاسیون تاریخچه نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال 1754 در حین آزمایش عدسیهای محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او مشاهدات خود را چنین بیان کرده است:«در مایع بین عدسیها، حبابهایی به شکل هوا بوجود آمده و رنگهایی شبیه به هم تولید کرده که این حبابها نمی‎تواند از جنس هوا باشد زیرا مایع قبلاً هوا زدایی شده است.»نیوتن تشخیص داد که این عمل نتیجه بیرون آمدن هوا در اثر کاهش فشار است و حبابها دوباره نمی‎تواننددر مایع حل شوند و در نتیجه پدیده کاویتاسیون را باعث خواهند شد. مهندسان کشتی‎سازی در قرن نوزدهم به شکل عجیبی برخورد کردند. آن این بود که پیچهای توربینها که به آب دریا در تماس بودند بعد از مدتی باز می‎شدند، آنها نتوانستند هیچ دلیل قانع کننده‎ای برای این عمل پی ...

پایان نامه کارشناسی ارشد عمران شناخت فرآیند کاویتاسیون

این محصول در قالب  پی دی اف و 134 صفحه می باشد.   این پایان نامه جهت ارائه در مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران-سازه های هیدرولیکی طراحی و تدوین گردیده است . و شامل کلیه مباحث مورد نیاز پایان نامه ارشد این رشته می باشد.نمونه های مشابه این عنوان با قیمت های بسیار بالایی در اینترنت به فروش می رسد.گروه تخصصی ما این پایان نامه را با قیمت ناچیزی جهت استفاده دانشجویان عزیز در رابطه با منبع اطلاعاتی در اختیار شما قرار می دهند. حق مالکیت معنوی این اثر مربوط به نگارنده است. و فقط جهت استفاده ازمنابع اطلاعاتی و بالابردن سطح علمی شما در این سایت ارائه گردیده ا ست. ...

دانلود تحقیق درمورد کاویتاسیون

دانلود تحقیق درمورد کاویتاسیون تعداد صفحات: 5 نوع فایل :WORD مقدمه و قسمتی از تحقیق درمورد کاویتاسیون : جریانی از مایع را در نظر بگیرید هرگاه فشار درون لوله به فشار بخار مایع نزدیک شود یا برسد مایع موجود در لوله شروع به جوشیدن می کند. و حباب های بخار در آن تشکیل می شود. این حباب های کوچک به همراه مایع به نقاطی که فشار در انجا با لاتر است منتقل می شود و می ترکند و باعث ایجاد اسیب به بدنه های لوله و پره های توربین می شود. این پدیده را کاویتاسیون (خلازایی) می نامند. ...

تحقیق در مورد کاویتاسیون

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب *   فرمت فایل :Word ( قابل ویرایش و آماده پرینت )    تعداد صفحه:46        فهرست مطالب     - معرفی پدیده کاویتاسیون 1 - تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون  3 - تقسیم‎بندی کاویتاسیون 7 - اثرها و اهمیت کاویتاسیون 11 - اندیکس کاویتاسیون 12 - شکل‎گیری کاویتاسیون 14 - روش‎های مطالعه کاویتاسیون 16 - روش‎های تشخیص کاویتاسیون 18 - روش‎های سنتی برای کاهش خسارات کاویتاسیون 21 - عوامل مؤثر در خسارت ناشی از کاویتاسیون بر روی سطح 25     معرفی پدیده کاویتاسیون   تاریخچه   نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال 1754 در حین آزمایش عدسیهای محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او ...

مقاله در مورد کاویتاسیون

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب *   فرمت فایل :Word ( قابل ویرایش و آماده پرینت )    تعداد صفحه:10        فهرست مطالب       کاویتاسیون   کاویتاسیون متحرک: کاویتاسیون ثابت: کاویتاسیون چرخشی: کاویتاسیون ارتعاشی:   فرسایش حاصل از کاویتاسیون   پارامتر کاویتاسیون توماس:   انهدام توسط شوک:   انهدام توسط میکروجتها:   تئوری مکنیکی (میکروجتها و شوک): تئوری الکتروشیمیایی: تئوری خوردگی شیمیایی:   عملیات باری کاهش خسارات کاویتاسیون   مصالح فلزی:   مصالح غیر فلزی:   Inducer :             معمولاً کاویتاسیون را با اثرات آن می شناسند. اثرات کاویتاسیون عبارتند از: تغییرات مشخصات هیدرودینامیکی جریان. تخریب مصالح پمپ تولید صدا و اگر قدرت کافی باشد ارتعاشات ...

تحقیق در مورد کاویتاسیون

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب *   فرمت فایل :Word ( قابل ویرایش و آماده پرینت )    تعداد صفحه:46        فهرست مطالب     - معرفی پدیده کاویتاسیون 1 - تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون  3 - تقسیم‎بندی کاویتاسیون 7 - اثرها و اهمیت کاویتاسیون 11 - اندیکس کاویتاسیون 12 - شکل‎گیری کاویتاسیون 14 - روش‎های مطالعه کاویتاسیون 16 - روش‎های تشخیص کاویتاسیون 18 - روش‎های سنتی برای کاهش خسارات کاویتاسیون 21 - عوامل مؤثر در خسارت ناشی از کاویتاسیون بر روی سطح 25     معرفی پدیده کاویتاسیون   تاریخچه   نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال 1754 در حین آزمایش عدسیهای محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او ...