انتخاب صفحه

مقدمه

کاویتاسیون باافزایش ایجاد سازه های آبی وتاسیسات جانبی آنها درفرآیند طبیعی سیستم های آبی درقالب یک مشکل نمود پیدا میکند ودرجایی که بشر به لحاظ تامین منابع آبی،که به نوعی اصلی ترین نیاز بشر می باشد درسیستم هماهنگ طبیعت دست می برد،بای درصدد حل این مشکل طبیعی نیز برآید.پیچیدگی هایی خاصی که براین بحث سایه افکنده،موجب شده است همواره مورد توجه خاص محققین علم هیدرولیک ومهندسین عمران باشد.مهمترین مشکل وخطری که ساختمان سرریزها راتهدید میکند پدیده کاویتاسیون است،که درنقاطی ازسازه که سرعت جریان آب زیاد است بوجود می آید.کاویتاسیون پدیده ای است که درسرعت های بالا باعث خرابی وایجاد گودال میگردد.گاهی در یک سیستم هیدرولیکی به علت بالارفتن سرعت،فشار منطقه ای پائین می آید وممکن است این فشار به حدی پایین بیاید که برابر فشار سیال درآن شرایط باشد ویادرطول سرریز یاحضوچه خلاء زایی دراثر وجود ناصافی ها ویاناهمواری های کف سرریز خطوط جریان ازبستر خودجدا شده و بر اثر این جداشدگی فشار موضعی درمنطقه جداشدگی کاهش یافته وممکن است که به فشار بخار سیال برسد.دراین صورت براثر این دوعامل بلافاصله مایعی که درآن قسمت ازمایع در جریان است به حالت جوشش درآمده وسیال به بخار تبدیل شده وحباب هایی ازبخار بوجود می آید.

این حباب ها پس از طی مسیر کوتاهی به منطقه ای بافشار بیشتر رسیده ومنفجر میشود وتولید سروصدا میکند وامواج ضربه ای ایجاد میکند وبه مرز بین سیال وسازه ضربه زده وپس ازمدت کوتاهی روی مرز جامد ایجاد فرسایش وخوردگی میکند.تبدیل مجدد حباب ها به مایع و فشارناشی ازانفجار آن گاهی به1000 مگا پاسکال می رسد.ازآنجایی که سطوح تماس این حباب ها بابستر سرریز بسیارکوچک می باشند نیروی فوق العاده زیادی دراثراین انفجارها به بسترهای سرریز ها وحوضچه های آرامیش وارد میکند.این عمل در یک مدت کوتاه وباتکرار زیاد انجام میشود که باعث خوردگی بستر سرریز میشود وبه تدریج این خوردگی ها تبدیل به حفره های بزرگ میشوند.اطلاعاتی که درگذشته راجع به کاویتاسیون وخطرات ناشی از آن وجود داشت ناقص وچندان قابل اهمیت شمرده نمیشد.اما پس ازآنکه سیستم های هیدرولیکی طراحی گردید که درآنها قسمتی ویاتمامی سیستم درمعرض سرعت جریان زیاد سیال وبدنبال آن ایجاد پدیده کاویتاسیون بود،طراحان رابراین داشت که با این پدیده بطور جدی برخورد نمایند.امید است بتوانیم دراین مجال گوشه هایی ازاین مبحث مهم رابازگو نماییم.

4

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

فهرست مطالب

فصل اول:تعریف مسئله مورد بررسی وهدف ازانجام پایان نامه

1-1-تصویر کلی کاویتاسیون

پدیده کاویتاسیون رانمیتوان مستقیما وباچشم مورد مشاهده قرار داد،زیرا آنچه که درمعرض دیداست،ازوضوح کامل برخودار نیست اما آنچه که مارا درمطالعه این پدیده یاری مینماید در واقع اثراتی است که ازآن برروی سازه برجا می ماند.بدین ترتیب برای توجیه وتفسیر این پدیده نمیتوان اصولی محکم وتصویری روشن ارائه داد وتوسیل به فرضیات اجتناب ناپذیر خواهدبود.به هرحال به نظر میرسد که حباب های بسیار ریزهوا که ازبه هم پیوستن ذرات گاز تشکیل میشوند دراثر کاهش فشارم حلی ایجاد شده،سپس حباب ها به سمت یک ناحیه پرفشار حرکت کرده ومنفجر میشوند که درنتیجه این انفجار موجی بافشار شدید همراه باصدا وخسارت تولید میشود که فشار ناشی از انفجار حدودا10psi یا 1000mpa میباشد.

1-1-تصویر کلی کاویتاسیون      2

1-2-خلاء زایی       2

1-3-تشریح پدیده کاویتاسیون       4

1-4-دینامیک های انهدام حباب       5

1-5-خصوصیات خلاء زایی       6

1-6-طبقه بندی اواع کاویتاسیون       8

1-7-بررسی عوامل موثر درایجاد کاویتاسیون       9

1-8-تاثیر واهمیت کاویتاسیون           10

1-8-1-تاثیربرروی هیدرودینامیک جریان           10

1-8-2-تاثیر برروی سطح جداره جریان                     10

1-8-3-تاثیرات متفرقه کاویتاسیون       11

1-9-کاویتاسیون ناشی از نامنظمی های سطحی     11

خلاء زایی اولیه

خلاء زایی اولیه

فصل دوم:مواردی ازایجاد کاویتاسیون درنقاط مختلف دنیا

مقدمه

کمیته ویژه ایTask force توسط کمیته تحقیقات هیدرومکانیک بخش هیدرولیک درسال 1955 درآمریکا تاسیس گردید که هدفش بررسی کاویتاسیون درسازه های هیدرولیکی بود.مطالب زیراز مقاله تهیه شده توسطTask force بوسیله گروهی ازمحققین درژوئن1963 درمجله Aisc Hyd به چاپ رسیده است.

2-1-انحراف مجراهای آب ازمسیر اصلی وافقی(misallinement of conduits)

بهتین نمونه ومثال دراین مورد،صدمه ای است که به یکی از تونل های کنترل سیلاب سدبولدزر(Boulders) درآریزونا آمریکا وارد آمد.سرریز این سد درسال1941 شروع به کار کرد.آب از این سرریز وارد یک تونل به قطر50فوت وطول500فوت میشود.پروفیل طولی تونل بشکل قسمتی ازدایره بوده که درپایان آن شعاعش به 22فوت میرسد.پس ازیک بررسی دقیق 5 ماهه روی سد بادبی متوسط13500cfs که درحدود1/15 دبی طراحی سد است،مشخص شد سطح بزرگی به ابعاد140فوت طول و30فوت عرض و 36فوت عمق درپایین تونل سائیده شده که درخرابی ازسطح بتنی به سطح بستر مقاوم زیرآن نیز گسترش یافته بود.سرعت جریان درمحل خم1500ft/s تخمین زده شده بود.درابتدا علت خسارت،پایین بودن کیفیت بتن مصرفی اعلام شد.اما پس ازتحقیقات وآزمایشات لازم برروی بتن موردنظر،آن را درحد استاندارد تشخیص دادند وپس از بررسی بیشتر پی بردند که علت اصلی این خسارت انحراف قائم تونل وآن هم به اندازه چنداینچ درست قبل از خم بوده است که باعث ازبین رفتن توزیع یکنواخت سرعت و وقوع کاویتاسیون درمحل بحرانی شه بود.

2-1-انحراف مجراهای آب از مسیر اصلی وافقی        17

2-2-زبری مرزی درسطح جریان     17

2-3-شکاف دریچه       18

2-4-مقاطع انتقالی     19

2-5-جریان هم زمان ازسرزیز ودریچه       20

2-6-حوضچه های آرامش           20

سیستم تونل-میله

سیستم تونل-میله

فصل سوم:روش های مقابله باکاویتاسیون

3-1-مقدمه

تحقیقات به عمل آمده بعد ازسال1953 نشان داده که مقدار بسیار ناچیزی هوا درجریان سیال به مقدار قابل ملاحظه ای ازمیزان خرابی ناشی از کاویتاسیون میکاهد.اولین کاربرد موفقیت آمیز سیستم هوادهی درتخلیه کننده(Grand goulee) درسال1960 وپس از آن در سال1967 درسرریز تونل سد یلوتیل(Yellow tail) بوده است.پیشگیری ضایعات ناشی از کاویتاسیون دردهه ها گذشته بااستفاده ازسطوح کاملا صاف وصیقلی وباکاربرد مواد مقاوم عموما بسیارگران بوده وصددرصد هم موفقیت آمیز نبوده اند.به این دلیل استفاده از سیستم های هوادهی گسترش زیادی یافته ودرموارد فراوان بکارگفته شده است.

3-1-هوادهی     23

3-1-1-مقدمه     23

3-1-2-روش هوا دهی       23

3-1-3-سرریز نیلوفری     25

3-1-4-میله عمودی وهوادهی آن     26

3-1-5-روش های مدل سازی     33

3-1-6-فاصله گذاری هواده ها       34

3-1-7-مشکلات ومحدودیت های هوا دهی       34

3-2-بتن الیافی             35

3-2-1-بتن مسلح به الیاف       35

3-2-2-عملکرد تحت بارهای دینامیکی     36

3-2-3-مواردی ازاستفاده ازبتن الیافی درمقابله با کاویتاسیون           42

3-3-روکش فولادی             43

3-4-پرداخت سطحی       43

3-5-رزین ها       44

شکل1-5

شکل1-5

فصل چهارم:مطالعه موردی:بررسی کاویتاسیون درسرریز سد کارون

4-2-تاریخچه بهره برداری وتغییرات سرریز

آبگیری سد درآذرماه1355 شروع وتاآذرماه 1356 واقعه مهمی رخ نداد،اما بارندگی های شدید درحوزه آبخیزRSK درتاریخ22/9/56 منجر به ورود جریان بزرگی ازآب مخزن شد که مقدار آن حدود2300 متر مکعب درثانیه برآورد شده است.تراز سطوح آب مخزن درآغاز این طوفان5/522 بوده است.برای جلوگیری ازسرریز شدن آب از روی بندهای آبگیر نیروگاه زیرزمینی(به رقوم تقریبی5/528)،دریچه های شماره2و3 درتاریخ24/9/1356 گشوده شد و درتاریخ3/10/1356 برای عبور جریانی بین350 تا750 متر مکعب درثانیه به همان حال باقی گذاشته شد.در4/10/1356 کارکنان سد متوجه گردیدند تلاطم فوق العاده جریان درسراسر قسمت های پائین گذرگاه های شماره2و3 شوترخ داده است وباعجله دریچه ها را برای انجام یک سری بازرسی ازقسمت های مختلف شوت وجام بستند.به دنبال بازرسی ها مشاهده گردید که هر دوگذرگاه درقسمت های پائین ونیزدال های باکت بشدت آسیب دیده اند.براندگی های شدیدی که روز29/9/1356 به وقوع پیوست جریان ورودی به مخزن رابه حدود3000 متر مکعب درثانیه رساند ودرروز2/10/1356 تراز آب دررقوم252 متربود.بدین ترتیب به دنبال کشف خسارات زیادی که به کانال های شماره2و3 شوت وارد شده بود و باتوجه به لزوم ادامه عبورسیل برای جلوگیری ازسرریزشدن آن از روی دریچه ها،تصمیم به باز کردن دریچه شماره1 درروز3/10/1356 گرفته شد وبا باز کردن آن جریانی تاحداکثر1600 متر مکعب درثانیه ومتوسط700 متر مکعب درثانیه به مدت حدود5روز از کانال شماره1 عبور کرد.بازرسی های به عمل آمده که به صورت روزانه ومداوم انجام گرفت،نشان داد که دال های این کانال نیزمانند دهانه ها شماره2و3 درقسمت پائین خسارت دیده اند.

4-1-مشخصات سد و سرریز           46

4-2-تاریخچه بهره برداری وتغییرات سرریز          47

4-3-شرح خسارات       47

4-4-تعمیرات اولیه       50

4-5-شرایط دستگاه       52

4-6-درزگیر اپوکسی         52

4-7-عملیات وارده پس از سال1979(1358)                 53

4-8-علل خرابی ها         53

4-9-گزارشات مدل هیدرولیک سرریز         54

4-9-1-مدل هیدرولیک آزمایشگاه هیدرولیک(S.A.F)ا       54

4-9-2-مدل هیدرولیکی آزمایشگاه هیدرولیک منابع آب       55

4-9-3-مدل هیدرولیک آزمایشگاه هیدرولیک موسسهSOGREAHا       57

فهرست جداول

4-1-مساحت سوطح قسمت های فرسوده درهرکانال       48

4-2-نتیجه محاسبات جهت بررسی ابعاد هندسی هواده اول       61

4-3-نتیجه محاسبات جهت بررسی ابعاد هندسی هواده دوم       63

سرریز نیلوفری درInnerste-Talsperre آلمان بعد از(Breestcchneider&krause,1965(

سرریز نیلوفری درInnerste-Talsperre آلمان بعد از(Breestcchneider&krause,1965(

فهرست اشکال

1-1-توسعه خلاء زایی برای جریانی بایک مانع ناگهانی درون جریان         3

1-2-انهدام یک حباب منفرد       5

1-3-اجزاء ناهمواری مجزا باحفره های بخار ومناطق صدمه دیده       6

1-4-خلاء زایی اولیه       7

1-5-پله و به جریان(درجریان آزاد)         12

1-6-انحناء روبه جریان(درجریان تحت فشار)             13

1-7-انحناء پشت به جریان(درجریان تحت فشار)               13

1-8-شیب ناگهانی روبه جریان وپشت به جریان        14

1-9-برآمدگی(درزیر آمده) درسطح جریان         14

1-10-زبری سطح جریان           15

3-1-حفاری برای بهبود جریان عبوری مخزن شینگ مون سفلی هنگ کنگ       25

3-2-سرریز نیلوفری         27

3-3-جزئیات خم میله سرریز نیلوفری               28

3-4-خصوصیات دبی سرریزهای میله ای     29

3-5-حبس هوا درمیله عمودی             30

3-6 –سیستم تونل-میله       32

3-7-حداکثر ضخامت ارتفاع جداسازی بعنوان تابعی ازعدد فرود میله ونسبت هوا     32

1-1-تصویرکلی کاویتاسیون

پدیده کاویتاسیون رانمیتوان مستقیما وباچشم مورد مشاهده قرار داد،زیراآنچه که درمعرض دید است،ازوضوح کامل برخوردار نیست اما آنچه که ما رادرمطالعه این پدیده یاری می نماید در واقع اثراتی است که ازآن برروی سازه برجا می ماند.بدین ترتیب برای توجیه وتفسیر این پدیده نمیتون اصولی محکم وتصویری روشن ارائه داد وتوسل به فرضیات اجتناب ناپذیر خواهد بود.به هرحال به نظر میرسد که حباب های بسیار ریز هوا که ازبه هم پیوستن ذرات گاز تشکیل میشوند دراثر کاهش فشار محلی ایجاد شده،سپس حباب ها به سمت یک ناحیه پرفشار حرکت کرده ومنفجر میشوند که درنتیجه این انفجار موجی بافشار شدید همراه باصدا وخسارت تولید میشود که فشار ناشی از انفجار 106psi یا 1000mpa می باشد.



مقطع کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

قیمت45000تومان