انتخاب صفحه

مقدمه

هرگاه دراثر عوامل استاتیکی یا دینامیکی،تحت فشار ثابت،درجه حرارت مایع افزایش یابد ویاتحت درجه حرارت ثابت فشار مایع کاهش یابد،درمایمع حباب های محتوی هوا(یامخلوطی ازهوا وبخار آب)تولید شده ودراثر ارتباط باهم بزرگ میشوند.اگر این فرایند دردمای ثابت ودراثر کاهش فشار دینامیکی ایجاد شود و حباب های تولید شده به سمت ناحیه ای بافشار بیشتر هدایت شوند،حباب ها درهم فرورفته وانفجار درآنها رخ خواهد داد،که باعث ایجاد فشار وضربه برسازه شده ومنجر به وارد شدن خسارت میشود.مجموعه این اعمال که یک پدیده دینامیکی است،کاویتاسیون 1 نامیده میشود.فرود 2 اولین فردی بود که نام کاویتاسیون رابر این پدیده نهاد.اولین بارنیوتن 3 درسال 1704 در کتاب اپتیک به پدیده کاویتاسیون اشاره کرده است او نوشته است که وقتی برای مشاهده حلقه های نیوتنی بین دوسطح شیشه ای آب قرار داشته باشد اگر شیشه بالایی رافشار داده تاحلقه ها جابجا شوند یک توده کوچک سفید رنگ به سرعت درمرکز حلقه ها تشیکل میشود که باوارد شدن آب از اطراف به داخل آن،ناپدید میگردد،ظاهر این ابرسفید رنگ شبیه هواست اما باهوا تفاوت دارد زیرا اگر حباب های وارد آب شوند ناپدید نمی شوند.

Skinner متوجه شد اگر به جای آب از محلول لزج تر(روغن یا گلیسیرین) استفاده شود این پدیده محسوس تر خواهد بود واگر بانور معمولی،مایع روشن تر شود دیده میشود که توده خلا موجود از مجموعه ای از حباب های کوچک تشکیل شده است.Skinner پیشنهاد کردازیک مایع تیره استفاده شود بطوریکه نور فقط بتواند ازداخل توده سفید رنگ منعکس شود و حباب های بهتر دیده شوند.رینولدز1 درسال1873 باآزمایش باقایق مدل30 اینچی و پروانه ای به قطر دواینچ نشان داد که حتی اگر هیچ قسمتی ازپروانه خارج ازآب نباشد،امکان دارد پروانه با سرعت زیاد بطوریکه انگار با آب در تماس نمی باشد دوران کند او نتیجه گرفت که وجود بخارآب درپشت تیغها منجربه کاهش سطح تماس موثر تیغه ها با آب میگردد.رینولدز درسال1894،آزمایش جریان آب در لوله شیشه ای و نتوری را انجام داد.باتوجه به معادله برنولی         ،افزایش سرعت با کاهش فشار متناسب خواهد بود.بنابراین وقتیکه دبی جریان به حدکافی افزایش یابد،مایع درگلوگاه(محل بیشترین سرعت وکمترین فشار) شروع به جوشیدن میکند که حباب های کوچک،بخارسرد وگازهای دیگر بایکدیگر ترکیب شده وپدیده کاویتاسیون رخ خواهدداد.رینولدز عوامل موثر درایجاد کاویتاسیون رابرشمرد:

وجود میدان فشار درناحیه ای که کاویتاسیون میدهد.

وجود ذرات وناخالصی درون مایع

شکل جداره

Hollander Knapp در سال1948 برای اولین بار این پدیده راباروش عکسبرداری سریع مورد مطالعه قرار داد درتصاویر مشاهده شد که حباب ها تاقطر635/0 سانتیمتر رشد نموده وباسرعتی معادل 233 متربرثانیه از بین میروند همچنین مدت زمان عمر هرحباب003/0 ثانیه برآورد گردید که با استفاده از تئوری ضربه قوچ،فشار وارد بربدنه جسم جامد دراثر ایجاد شدن وازبین رفتن حباب ها 3515 کیلوگرم برسانتی متر مربع محاسبه شد که فشار وارده باعث بروز پدیده خستگی ودرنتیجه فرسایش خواهد گردید.بعدهاVennard پی برد که حباب ها باسرعتی کمتر ازسرعت مایع جابجا میشوند وحباب های کوچکتر باسرعت بالاتر نسبت حباب های بزرگتر منتقل میشوند.همچنین حباب های چسبیده به جداره باسرعتی بسیار کوچکتر ازمایع حرکت میکنند.

4

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فهرست مطالب

چکیده   1

مقدمه  2

فصل اول:کلیات

1-1-هدف

با اثرات مقیاس،بررسی های نمونه اصلی ومطالعات مدل مرتبط شده اند توجه به دو پروژه موجود مراکز برقاییLiu-Jia-Xia و Cha-qi متمرکز شده بود که اطلاعات درباره شیار دریچه ها آماده شود.ایجاد کاویتاسیون درسیستم های درتماس باسیالات مشکلاتی رابه همراه دارد که عبارتنداز:

-کاهش انرژی خروجی وپائین آمدن راندمان توربین ها

-افت هد وکاهش راندمان پمپ ها

-کاهش دقت وسایل اندازه گیری

-تولید صدا وارتعاش درسازه ها

-خوردگی وانهدام سازه هاو….

البته تلاش هایی شده است تاازانرژی حاصل ازاین پدیده استفاده ها مناسبی به عمل آید که استفاده از کاویتاسیون جهت رسوب زدایی برخی ازدستگاه های صنعتی ازجمله این موارد است.

1-1-هدف         5

1-2-طبقه بندی کاویتاسیون براساس نظریهKnapp و Dairyا           6

1-3-روش تشکیل حباب ها ودسته بندی کاویتاسیون       6

1-4-انواع کاویتاسیون براساس نوع جریان و نحوه تولید آن             7

 کاویتاسیون در دریچه ها

4[box]
کاویتاسیون در دریچه ها

فصل دوم:دینامیک اضمحلال حبابها

دینامیک اضمحلال حباب ها:

باوجود اینکه مطالعات تجربی وتئوریک زیادی درمورد حباب های متحرک وخصوصیات کاویتاسیون انجام شده است ولی شکل این حبابا ها درمجاورت سطوح سازه های هیدرولیکی به طور دقیق مورد بررسی قرار نگرفته است.درواقع حباب ها به هنگام عبور ازکنار مرزهای جسم جامد،شک ایده آل وکروی خودراازدست میدهند،شکست این حباب ها درکنار جسم جامد منجربه ایجاد میکروجت 1 میگردد که باخسارات ناشی از کاویتاسیون همراه است.شکل غیر کروی و واقعی حباب ها،تابع پارامترهای جریان،لایه مرزهای مرزی،جدایی جریان وگرادیان فشار می باشد تخمین این شکل غیرکروی،به روش ریاضی بسیار مشکل وغیرممکن می باشد.دربرخی ازآزمایشات براساس پارامترهای صدای تولیدی دراثر کاویتاسیون وبررسی فرکانس این صدا،خصوصیات حباب ها مورد مطالعه قرار گرفته اند.ولی شناسایی کام ماهیت حباب درمنطقه ای که کاویتاسیون به شدت رخ میدهد بسیار مشکل است،زیرا حباب ها برروی یکدیگر اثرگذاشته وکل پدیده کاویتاسیون تحت اثر اندرکنش مجموعه حباب ها قرار میگیرد.دراینجا ازشرح مطالعات آزمایشگاهی انجام شده صرف نظر میشود.

2-1-مکانیسم کاویتاسیون         9

2-2-اندیس کاویتاسیون         12

پارامترهای هندسی نشان دهنده شکل شیار دریچه

پارامترهای هندسی نشان دهنده شکل شیار دریچه

فصل سوم:روشها جلوگیری ومقابله

3-2-بررسی کاویتاسیون درشیار دریچه ها

دراین قسمت به شرح تحقیقات میدانی وبررسی کلی طراحی هیدرولیکی واجرای شیار دریچه های طراحی شده در 85 پروژه موجود که دربرگیرنده 158 دریچه بااندازه وشرایط اجرایی مختلف میباشد می پردازیم.مدل های سیستماتیک نیز در یک تونل انتقال آب برای بهینه کردن تغییرات شیار دریچه ها تست شدند.پارامترهای موثراصلی کاویتاسیون مانند نسبت پهنا به عمق،افست نسبی،شیب دیواره های کناری و انحنای گوشه دریچه ها به خوبی مطالعه شده است.اثرات مقیاس مدل کردن کاویتاسیون به صورت مقدماتی بررسی شده تطبیق بین مطالعات مدل ونمونه اصلی به صورت مناسب انجام شده است وبحث وپیشنهاد جهت طراحی هیدرولیکی شیاردریچه ها مورد توجه بوده است.

3-1-هوادهی دریچه جهت جلوگیری ازکاویتاسیون         19

3-2-بررسی کاویتاسیون درشیار دریچه ها       25

3-3-بررسی معیار کاویتاسیون درشیار دریچه ها       27

خسارت کاویتاسیون روی ریل ها درشیار دریچه خروجی درمرکز برقابی

خسارت کاویتاسیون روی ریل ها درشیار دریچه خروجی درمرکز برقابی

فصل چهارم:نتایج آزمایشگاهی

نتایج آزمایشگاهی

سری مدل های برای بهینه کردن شکل شیار دریچه ها،درتونل آب برای بررسی کاویتاسیون تست شدند.طرح کلی امکانات استفاده شده درانجام آزمایش درشکل شماره1 نشان داده میشود سرعت ماکزیمم درمحل آزمایش15.8m/s است که میتواند به صورت دلخواه باموتورDC کنترل کننده سرعت حرکت انتقالی جریان محوری که ازطریق سیستم هادیWord-Lenard M-G تغییرداده شود.فشار درسیستم تونل میتواند منظم شده وباپمپ خلا وتانک فشار کنترل شود.بخش آزمایشی مربع 20cm*20cm،از پانل های فلکسی گلاس وسازه فولادی ساخته شده است،مشاهدات بصری واندازه گیری های صوتی برای مشخص کردن شروع کاویتاسیون استفاده شدند.مجموعه نتایج باپیش از5یا6 مرحله اجراء آزمایش،درجهت هم وقابل قبول است ومقادیر ریاضی به عنوان نتایج آزمایشی اندازه گیری شده است.درآزمایش ها به خوبی مشاهده شده است که فاکتورهای اصلی موثر برعدد شروع کاویتاسیون شیار دریچه ها به صورت پارامترهای هندسی هستند نظیر:نسبت پهنا به عمق شیار دریچهW/D،افست نسبی،شیب کنار دیواره پائین دست انحنای نسبی شعاع گوشه شیارهاR/D (شکل2 راببینید) و پارامترهای هیدرولیکی مثل عدد فرود(Fr) وعدد رینولدز(Re) که به شکل زیر بیان میشوند:

پارامترهای هندسی که شکل شیاری دریچه راشرح میدهند متفات نبوده بلکه مرتبط هستند.به هرحال همه آنها به صورت جامع ومنطقی بررسی شوند،به خاطر راحتی مطالعات مدل بهتر است اجازه دهیم که بعضی ازآنها ثابت باشند،درحالیکه هرپارامتر به صورت جدابررسی میشود.یافته های اصلی به صورت زیر شرح داده میشوند.

4-1-نسبت پهنا به عمق         31

4-2-افست نسبی         34

4-3-شیب کنار دیواره     35

منحنی نسبت بین عدد شروع کاویتاسیون ونسبت پهنا به عمق شیار دریچه

منحنی نسبت بین عدد شروع کاویتاسیون ونسبت پهنا به عمق شیار دریچه

فصل پنجم:جمع بندی نتایج آزمایشگاهی

جمع بندی نتایج آزمایشگاهی

1-پارامترهای موثر برحذف خسارت کاویتاسیون برای شیار دریچه فراگیر وعمومی هستند.براساس تحقیقات انجام شده،انتخاب مستدل شکل شیار دریچه ها ضروری است.دوما،ایجاد همگرایی کافی در صفحه سقف نزدیک پایین دست اتاق دریچه یادرخروجی کانال طولانی،تهیه خرجی های هوا،شیارهای تهویه یاشیارهای سوپر کاویتاسیون همچنین پوشش های مرزی مرتبط برای حفاظت دربرابر خسارت کاویتاسیون بامواد بامقاومت بالا واطمینان ازکیفیت ساختار وتشخیص مناسب عملکرد نیز ضروری می باشد.همه این پارامترهای متمرکز شده به صورت متقابل بررسی میشوند.طی طراحی شیارهای دریچه،روش ها هیدرولیکی میتواند برای محاسبه عدد کاویتاسیون واقعی جریان آب درنزدیکی بالادست شیار دریچه به کار گرفته شود.بهترین طراحی شکل شیاردریچه به نحوی است که Ki<K باشد.

2-نسبت پهنا به عمقW/D،افست نسبی و فاکتورهای اصلی هستند ودرنتیجه شیب کناردیوار و شعاع انحنا گوشه پایی دست شیار انتخاب بعدی هستند.نسبت های بهتر پهنا به عمق درمحدوده1.8تا1.6 است ولی نسبت های عملی قابل قبول درمحدوده1.4 تا2.5 هستند.به منظور جلوگیری ازکاویتاسیون گردابی و پیچک قوی،که ممکن است درشیارهای دریچه اتفاق بیافتد،ازمحدوده0.6 تا1.3 باید دوری شود.هرجاکه عدد کاویتاسیون جریان آب بزرگتر از 1است،طرح شیار مستطیلی گوشه تیز مناسب است.اگر طرح شیار مستطیلی باگوشه تیز نتواند پاسخگوی نیازمندی ها باشد،سایر فاکتورها برای بهبود شکل باید در بحث وارد شود،افست نسبی نظیر(0.08 تا0.05) معمولا مناسبترین است.شیب(12/1 تا10/1)معمولا مناسب ترین است وشعاعش های نسبی انحنا(R/D=0/1 یا 3cm تا R=5) درکمان دایره مناسب تراست.3-مشکل کاویتاسیون متمرکز درشیار دریچه اساسا شبیه به بی نظمی سطحی است.شیار دریچه اساسا یک نمونه از بی نظمی سطحی است.تنها اختلاف،درشرایط مرزی است.درشیار دریچه،مرز هیدروالاستیک یا پیچک وجود دارد،درحالیکه دربی نظمی های سطحی به جز شیار،فقط مرزهای جامد موجود هستند.همه پدیده هیدرولیکی میتواند مرتبط بوده وبه صورت متقابل تصدیق شود.

فصل ششم:نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجه گیری

بااثرات مقیاس،بررسی های نمونه اصی ومطالات مدل مرتبط شه اند توجه به دو پروژه موجود مراکز برقابیLiu-Jia-Xia و Cha-qi متمرکز شده بود که اطلاعات درباره شیا دریچه ها آماده شود.شکل13 خسارت کاویتاسیون اتفاق افتاده درشیار دریچه مرکز برق آبیLiu-Jia-Xia رانشان میدهد.شکل14 ارتباط بینKi وهد آبH برای شیار دریچه پروژه فوق را نشان میدهد.شکل15خسارت کاویتاسیون درشیار دریچه مرکز برق آبیCha-qi رانشان میدهد.شکل16ناحیه حفره ای زاییکاویتاسیون ومزاحمت فشار اندازه گیری شده برای تست مدل راشرح میدهد،که به این حقیقت اشاره میکند که نزدیک کنتور فشار6- متر خسارت کاویتاسیون درمرکز برق آبی Cha-qi اتفاق افتاد.شکل17 ارتباط بینKi وعدد رینولدزRe راشرح میدهد.شکل نشان میدهد که هنگامی که تست های مدل تحت عدد رینولدز در رده105 یابیشتر واقع میشوند.kimشیار دریچه های Liu-Jia-Xia معادل 0.75 تا 0.81 است درحالیکه درنمونه اصلی0.72Kip= می باشد.نسبت 1.08 تاKim/Kip=1.16 است.اطلاعات مشابه برای شیار دریچه مرکز برق آبی Cha-qi،kim=1.22 و kip=1.14 می باشد.نسبkim/kip=1.07است.اطلاعات بیان شده دربالا بیان میکند که زمانی که عدد رینولدز درتست مدل به 105 یابیشتر برسد اثرات مقیاس تست مدل زیاد قابل توجه نباشد.به هرححال مشکل اثر مقیاس خیلی پیچیده است،که نه تنها باعدد رینولدز بلکه بابسیاری ازفاکتورهای دیگر نظیر محتوای کلی گاز،اندازه،مقدار وطیف هسته کاویتاسیون فعال،سطح آشفتگی وغیره،سورکار دارد ونیازاست که مطالعات بسیار وسیع ومتمرکز روی مدل یانمونه اصلی انجام شود.

نتیجه گیری     59

پیشنهادات     60

فهرست منابع فارسی     61

فهرست منابع لاتین    62

چکیده انگلیسی       63

فهرست جدول

3-1-نتایج آزمایشگاهی هوادهی جریان دردریچه های سد کرخه وکوثر       23

3-2-نتایج آزمایشگاهی هوادهی جریان دردریچه های سد جره       24

فهرست نمودارها

1)منحنی نسبت بین عدد شروع کاویتاسیون ونسبت پهنا به عمق شیار دریچه      43

2)فرمول تجربی نشان دهنده ارتباطW/D ،Ki برای شیار دریچه مستطیلی ساده     44

3)ارتباط بین W/D ،Ki وانواع کاویتاسیون             45

4)مقایسه منحنی شروع کاویتاسیون شیار دریچه وفرو رفتگی گوشه نمودار       46

5)ارتباط بین افست               47

فهرست شکل ها

1)آرایش مدل وامکانات تست تونل آب         41

2)پارامترهای هندسی نشان دهنده شکل شیار دریچه       42

3)خسارت کاویتاسیون روی ریلها درشیار دریچه خروجی درمرکز برقابی           53

4)اثر مقیاس روی کاویتاسیون درمدل ونمونه اصلی شیار دریچه         57

1-2-طبقه بندی کاویتاسیون براساس نظریهKnapp و Dairy      

1-کاویتاسیون متحرک1:حباب های تولید شده به همراه سیال حرکت کرده وضمن حرکت حجم آنها افزایش یافته وبه هنگام رسیدن به ناحیه پرفشار منفجر میشوند.

2-کاویتاسیون ثابت2:درسطح تماس سیال باجداره،یا درون سیال یادرهسته جریان های گردابی رخ میدهد،انفجار حباب ها پس از چندبار کوچک وبزرگ شدن در اثر نوسانات فشار صورت میگیرد.گاهی هنگام حرکت،سیال ازجداره جدا میشود ودرروی جداره حباب ایجاد میشود حباب رشد کرده وانفجار،رخ میدهد،گاهی رشد حباب تامرحله فراگیری تمام جداره ادامه پیدا میکند و انفجاری که به سوپر کاویتاسیون3 معروف است رخ میدهد.

3-کاویتاسیون گردابی4:حبابها درمرکز گردابهایی که نیروی برشسی درآن ناحیه زیاد است مثل تیغه پروانه کشتی ها ومحیط های بسته پمپ وتوربین تشیکل شده که درزمان انفجار معمولا ازجداره دور بوده و خسارت چندانی به همراه ندارند.

4-کاویتاسیون لرزشی5:نوسانات فشار بادامنه وفرکانس بالا عامل تولید حباب وانفجار است نوسانات عموما تحت اثر ارتعاش یک جسم مستغرق درآب به وجود می آید وزمانیکه دامنه نوسانات به حدی برسد که فشار محیط رابه پایین تر از فشار بخار برساند کاویتاسیون رخ میدهد.


 


مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

قیمت45000تومان