پایان نامه با کلید واژگان دانه بندی، مدل سازی

دانلود پایان نامه ارشد

نقاطی که مابین نقاط برداشت شده هستند را به وسیله انترپله خطی بدست می آورد. در تحقیق حاضر از نرم افزار سرفر برای تبدیل کردن اطلاعات توپوگرافیکی اطراف گودال آب شستگی به پروفیل سه بعدی و همچنین برای محاسبه حجم گودال آب شستگی به وسیله از قانون ذوزنقه ایی56 تا تراز صفر استفاده شده است.
3-5. پایه های پل مدل سازی شده
مدل پایه های پل از لوله های توپر و از جنس پلی آمید57، طوقه ها از جنس پرسپکس شفاف58 و لبه های آنها از جنس پی وی سی ساخته شده اند که همه مواد به کار رفته از لحــاظ هیـــدرولیکی نرم59 به شمار می آیند. نمایی از پایه مدل شده به همراه یک طوقه لبــه قائــم در شـکل 3-7 نشان داده شده است .قطرپایه های مدل شده50 mm و قطر طوقه های به کار رفته 100 mm است و ضخامت آنها نیز3 mm می باشد. در این تحقیق از دو نوع لبه استفاده شده است که نوع اول شامل لبه های قائم و نوع دوم شامل لبه های مایل (که زاویه آنها با سطح طوقه 45 درجه و به سمت پایه است) می باشد که ارتفاع آنها 5/1 و 1 و 5/0 سانتی متر است. طرح شماتیک از جزئیات ساختاری طوقه های به کار رفته در شکل3-7 نشان داده شده است.

الف ب
شکل3-6:الف: سمت پردازش و نشان دهنده اختلاف ولتاژ ب: میله مدرج bed profiler به همراه سنسور
هر یک از طوقه ها در اطراف پایه ها فیت می شوند و امکان حرکت و چرخش آنها وجود ندارد ولی در جهت اطمینان، برای جلوگیری از حرکت طوقه ها به سمت پایین و قرار گرفتن آنها در تراز مورد نظر در زیر آنها نوار چسب هایی با ضخامت کم استفاده می شود(شکل 3-8).قطر پایه ها به گونه ایی انتخاب شده است تا بتوان از اثر انسداد دیواره ها60 صرفنظر کرد. طبق پیشنهاد شن و دیگران (1969) نسبت عرض فلوم به قطر پایه در شرایط آب صاف از عدد 8 و در شرایط بستر فعال از عدد 10 باید بیشتر باشد تا بتوان از اثر انسداد دیواره ها صرفنظر کرد که این نسبت در آزمایش های انجام شده در شرایط آب صاف برابر با 600/50=12 می باشد[35].

الف ب

ج د

ن و

ی
شکل3-7 :طرح شماتیک از جزئیات طوقه با لبه الف) cm5/1 مایل ب) cm5/1 قائم ج)1 cm مایل د)1 cm قائم ن)cm 5 /0 مایل و) cm5/0 قائم ی) بدون لبه
در همه آزمایش ها، مدل در وسط فلوم(یعنی در فاصله 30 سانتی متری از هر دیواره) قرار می گیرد. با توجه به عمق جریان(15 cm) طوقه ها در تراز های Z=0،∓2/5،+5،-1/5 cm نسبت به بستر قرار گرفته اند تا تاثیر آنها بر فرآیند آب شستگی در تراز های مذکور بررسی شود.
3-6. ایده استفاده از طوقه های لبه دار
به طور کلی تاثیر طوقه ها را می توان در سه تراز مختلف بررسی کرد:
طوقه در تراز های بالاتر از سطح بستر
پس از برخورد جریان نزدیک شونده به پایه، جریان رو به پایین در وجه بالا دست پایه تشکیل می شود و به سمت طوقه حرکت می کند و پس از برخورد با طوقه به سمت لبه های آن حرکت می کند. سپس حرکت خود را در زیر طوقه به سمت بستر ادامه می دهد. همچنین جریان نزدیک شونده که از زیر طوقه عبور می کند و به پایه برخورد می کند خود نیز باعث تشکیل یک جریان رو به پایین می شود که این جریان، جریان رو به پایین ناشی از بر خورد جریان نزدیک شونده به پایه در بالای طوقه را تقویت می کند. بنابراین انتظار می رود که شدت و در نتیجه عمق آب شستگی در این حالت نسبت به حالت های بعدی بیشتر باشد. طرح شماتیک از مکانیزم توضیح داده شده در شکل 3-9 نشان داده شده است.

شکل 3-8: نمایی از پایه مدل شده به همراه طوقه لبه دار و صفحات فلزی ساخته شده جهت جلوگیری از آب شستگی در ابتدای آزمایش

شکل3-9: طرح شماتیک از مکانیزم آب شستگی در حالتی که طوقه در ترازهای بالاتر از بستر قرار می گیرد
طوقه در تراز سطح بستر
زمانی که طوقه در تراز بستر قرار می گیرد پس از برخورد جریان رو به پایین با آن، به سمت لبه ها های طوقه شروع به حرکت می کند و پس از بر خورد با بستر شروع به فرسایش آن می کند. همچنین برخورد جریان با خود طوقه نیز یکی از عوامل بسیار مهم در شروع فرسایش می باشد. انتظار می رود که به علت عدم برخورد مستقیم جریان رو به پایین با سطح بستر و عدم وجود فاصله میان طوقه و سطح بستر آب شستگی در این حالت نسبت به حالت قبل کند تر بوده و عمق آب شستگی نیز کمتر باشد. طرح شماتیک از مکانیزم توضیح داده شده در شکل 3-10 نشان داده شده است.

شکل3-10: طرح شماتیک از مکانیزم آب شستگی در حالتی که طوقه در تراز بستر قرار می گیرد
طوقه در تراز زیر سطح بستر
در این حالت طوقه در زیر سطح بستر قرار می گیرد و پس از آن که ماسه بالای آن بوسیله جریان رو به پایین و ورتکس نعل اسبی ناشی از آن شسته شد، طوقه نقش حفاظتی خود را آغاز می کند. مانندحالت دوم، جریان رو به پایین پس از برخورد با طوقه و حرکت به سوی لبه ها، به ماسه اطراف آن برخورد کرده و باعث آغاز فرسایش می شود. همچنین در این حالت هم برخورد جریان با لبه های طوقه نیز به شروع فرسایش کمک می کند. طرح شماتیک از مکانیزم توضیح داده شده در شکل 3-11 نشان داده شده است.

شکل3-11: طرح شماتیک از مکانیزم آب شستگی در حالتی که طوقه در ترازهای پایین تر از بستر قرار می گیرد
همان طور که در حالات های سه گانه بالا بیان شد، جریان رو به پایین ناشی از برخورد جریان نزدیک شونده با قسمتی ازپایه که در بالا دست طوقه قرار دارد به سمت لبه های طوقه حرکت کرده و پس از عبور از لبه ها(در تراز های بالاتر از سطح بستر) حرکت خود را به سمت پایین دست پایه ادامه می دهند و پس از بر خورد با ماسه بستر باعث فرسایش و شسته شدن آن می شوند. در حالت های دوم و سوم نیز (تراز های صفر و منفی)جریان رو به پایین پس از برخور با سطح طوقه با ماسه اطراف طوقه برخورد کرده و باعث فرسایش می شود. در تحقیق حاضر سعی شده تا با ایجاد لبه های قائم و مایل در لبه های طوقه از برخورد آن با ماسه زیر و یا اطراف طوقه جلوگیری کرده و یا از قدرت آن کاسته شود تا به این ترتیب سرعت و ماکزیمم عمق آب شستگی کاهش یابد. طرح شماتیک از مکانیزم توضیح داده شده در شکل 3-12 نشان داده داست.

شکل3-12: طرح شماتیک از مکانیزم آب شستگی در حالت استفاده از طوقه های لبه دار
همچنین ممکن است لبه ها اثر منفی بر روند آب شستگی داشته باشند که علت آن برخورد جریان نزدیک شونده با لبه ها و ایجاد اغتشاش جریان می باشد که در اثر این اغتشاش ممکن است عمق آب شستگی افزایش یابد. همان طور که درگاهی (1990) مشاهده کرد، هر چه نسبت ضخامت طوقه به قطر پایه افزایش یابد، عمق آب شستگی نیز افزایش خواهد یافت[9].
3-7. ماسه بستر
به منظور انجام آزمایشات مورد نظرماسه بستر با قطر متوسط mm88/0 انتخاب شد به این منظور آزمایشات دانه بندی بر روی ماسه ای که به همین منظور تهیه شده بود انجام شد که منحنی دانه بندی آن در شکل 3-13 آورده شده است. از این نمودار می توان فهمید که قطر متوسط ذرات بستر mm88/0 d_50= می باشد و منحنی دانه بندی به شکل حرف S بوده و این نشان دهنده این است که ماسه انتخاب شده از نوع خوب دانه بندی شده می باشد. همچنین آزمایش تعیین وزن مخصوص ماسه انجام شد و عدد به دست آمده برای ماســـه مــــــورد استـــــفاده در آزمـــــایش
γ_s=2/63 t/m^3 می باشد.طبق منحنی دانه بندی انحراف از معـیار هندسی ذارت ( (σ_gبرابر است با 58/1 (σ_g=√(d_84/d_16 )=√((0/98)/(0/39))=1/58) که نشان دهنده یکنواخت بودن ذرات می باشد. علت انتخاب ذرات با قطر میانگین mm88/0 این است که بتوان از اثر اندازه آنها بر عمق آب شستگی صرفنظر کرد.
طبق تحقیقات اتما (1980) اگر نسبت قطر پایه به اندازه میانگین ذرات از عدد 50 تجاوز کند(50D/d_50 )، اندازه ذرات بر عمق آب شستگی تاثیری نخواهد داشت که این نسبت برای آزمایش های انجام شده برابر با 50/(0/88)=56/8 در نظر گرفته شده است.

شکل 3-13: منحنی دانه بندی ماسه استفاده شده به عنوان بستر
3-8. آستانه حرکت ذرات بستر
تعیین آستانه حرکت ذرات بستر نقش مهمی در تعیین نوع جریان (بستر فعال یا آب صاف) دارد. منظور از آستانه حرکت ذرات، سرعت یا سرعت برشی است که در آن ذرات با قطر میانگین ((d_50 در آستانه حرکت قرار می گیرند که به آن سرعت بحرانی (U_c) یا سرعت برشی بحرانی (U_(*c)) گفته می شود. همچنین به نسبت سرعت برشی جریان به سرعت برشی بحرانی (U_*/U_(*c) ) و یا سرعت جریان به سرعت جریان بحرانی(u/U_c ) شدت جریان گفته می شود. اگر شدت جریان کمتر از 1 باشد شرایط آب صاف یا تمیز و اگر بیشــــتر از یــــک باشـــد شــــــرایط بستر فعال خواهد بود. برای تعیین سرعت بحرانی روش های گوناگونی وجود دارد که متداول ترین آنها دیاگرام شیلدز، استفاده از فرمول های تجربی و انجام آزمایشات تعیین سرعت بحرانی، می باشند. در تحقیق حاضر به سه شیوه مختلف سرعت بحرانی تعیین گردید که عدد بدست آمده از هر سه روش به هم نزدیک می باشند. در اینجا هر یک از روش ها به تفصیل شرح داده می شوند.
3-8-1. روش دیاگرام شیلدز61
برای استفاده از این روش ابتدا باید عمق جریانی که در آن شرایط آب صاف اعمال شود، مشخص می شود که در این تحقیق عمق در نظر گرفته شده 15 cm می باشد. عرض فلوم مورد استفاده نیز cm6/0و اندازه متوسط و وزن مخصوص ماسه نیــز به ترتیــــب 2/65 t/m^3 ، mm 8/0می باشد.
با توجه درجه حرارت 〖20〗^°، ویسکوزیته سینماتیکی آب υ=1/306 ×〖10〗^(-6) m^2/sec می باشد. شدت جریان مورد نظر نیز 9/0 می باشد.سایرپارامترها به شرح زیر می باشند:
d_50=0/88 mm
G.S=γ_s/γ_w =2.65
γ_w=1 t⁄m^3 =9806 N⁄m^3 =9/806KN⁄m^3
y_0=15 cm
B=0/6 m
g=9/82 m⁄sec^2
ρ=1000 kg⁄m^3
برای تعیین سرعت بحرانی گام های زیر را به ترتیب انجام می شود:
گام اول
ابتدا پارامتر بدون بعد سوم62 را با استفاده از رابطه زیر بدست آورده می شود:
d_50/v (0/1(G.S-1 ) γ_w gd_50 )^(1⁄2) یا d_50/υ (0/1(γ_s/γ_w -1)gd_50 )^(1⁄2) (1-3)
که با جایگذاری پارامترهای مربوط داریم:
(0/88*〖10〗^(-3))/(1/306*〖10〗^(-6) )* √(0/1(2/65-1)*1*9/82*0/88*〖10〗^(-3) )=25/8
گام دوم
با توجه به دیاگرام شیلدز (دیاگرام 3-1) و پارامتر بدون بعد سوم بدست آمده در مرحله قبل تنش بحرانی بدون بعد را بدست آورده می شود:
τ_*=0/033

دیاگرام 3-2: دیاگرام شیلدز
گام سوم
با توجه به رابطه زیر تنش برشی بحرانی را بدست آورده می شود:
τ_c=τ_* (γ_s-γ_w ) d_50 یاτ_c=τ_* (Gs-1) γ_w d_50 (2-3)
که پس از جایگذاری مقادیر مربوطه خواهیم داشت:
τ_c=0/033(2/65-1)*9806*0/88*〖10〗^(-3)=0/47 N⁄m^2
گام چهارم
محاسبه سرعت برشی بحرانی از رابطه زیر
U_(*c)=√(τ_c/ρ)→U_(*c)=√((0/97)/1000)=0/0216 m⁄sec (3-3)
گام پنجم
تعیین سرعت برشی با توجه به شدت جریان
U_*/U_(*c) =0/9→U_*=0/9U_(*c)=0/0194 m⁄sec (4-3)
گام ششم
تعیین تنش برشی واقعی از رابطه زیر
τ_a=ρ*〖U_*〗^2→τ_a=1000*〖0/0194〗^2=0/38 N⁄m^2 (5-3)
گام هفتم
محاسبه شیب اصطکاک (s_f ) با استفاده از رابطه زیر
τ_a=〖γ_w y〗_0 s_f (6-3)
s_f=τ_a/(γ_w y_0 )=(0/38)/(9806*0/15)*2/58*〖10〗^(-4) m⁄m

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با کلید واژگان دبی جریان، قابلیت اندازه گیری، پردازش اطلاعات Next Entries پایان نامه با کلید واژگان هیدرولیک، جمع آوری اطلاعات، دانه بندی، زمان بندی