بررسی عددی نشت از لوله‌های فولادی مستغرق در آب با استناد به نتایج آزمایشگاهی لوله‌های غیر مستغرق

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران- مهندسی محیط زیست، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران و عضو قطب علمی مهندسی و مدیریت زیرساخت‌های عمرانی، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران

3 کارشناسی ارشد مهندسی عمران- آب- هیدرولیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکز

چکیده

تاکنون تحقیقات اندکی بر روی تأثیر شرایط محیطی بر دبی خروجی از محل نشت انجام شده است. برخی از این تحقیقات نشان می‌دهند که شرایط محیطی می‌توانند بر دبی نشت تأثیرگذار بوده و در مقابل برخی دیگر تأثیر این شرایط را کاملاً رد می‌کنند. در همین راستا با هدف بررسی تأثیر شرایط محیطی بر دبی نشت، آزمون‌هایی بر روی مجموعه آزمایشگاهی گردشی تحت فشار بالا ساخته ‌شده در دانشکده فنی دانشگاه تهران، انجام شد. آزمون‌ها در حالت تخلیه به هوای آزاد، بر روی یک لوله فولادی به قطر 110 میلی‌متر و با منفذ نشت مدور، در محدوده وسیعی از فشارها تا فشار 50 متر انجام شد. در ادامه با استناد به نتایج آزمون‌های آزمایشگاهی، مجموعه آزمایش در محیط نرم‌افزار انسیس مدل‌سازی عددی شده و یک مدل ریاضی آشفتگی مناسب برای آن استخراج شد. سپس به کمک تحلیل عددی در حالت مستغرق در آب، به بررسی تأثیر شرایط محیطی بر روی دبی نشت پرداخته شد. نتایج حاصل از این تحقیق، نشان می‌دهد که وجود آب و نوسانات فشار در محل جت مستغرق، بر دبی خروجی از محل نشت تأثیرگذار بوده و مقدار آن را در مقایسه با نشت در حالت تخلیه به هوای آزاد کاهش می‌دهد. بر اساس نتایج حاصل، اثر این کاهش فشار در فشارهای حدود 5 متر، می‌تواند تا حدود 55 درصد بر دبی خروجی از محل نشت در حالت مستغرق نسبت به حالت نشت در هوای آزاد اثرگذار باشد؛ اما در فشارهای بالای 20 متر این اثر ناچیز بوده و به زیر 10 درصد کاهش می‌یابد. البته مقدار این کاهش به تراز ارتفاعی آب روی محل نشت و میزان فشار داخل لوله بستگی دارد. درنهایت رابطه‌ای بین دبی خروجی از محل نشت و فشار داخل مجموعه ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها


ببران، ص. و هنر بخش، ن. (1387). "بحران وضعیت آب در جهان و ایران"، فصلنامه راهبرد، سال شانزدهم، شماره 48، ص‌ص. 193-212.

تابش، م. (1395). مدل‌سازی پیشرفته شبکه‌های توزیع آب، انتشارات دانشگاه تهران، تهران، ایران.

شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور. (1393). شاخص آب بدون درآمد، آدرس سایت http://www.moe.gov.ir.

معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی نهاد ریاست جمهوری. (1391). راهنمای شناخت و بررسی عوامل مؤثر در آب به‌حساب نیامده و راهکارهای کاهش آن، نشریه شماره 556، تهران، ایران.

Albertson, M. L., Dai, Y. B., Jensen, R. A., and Rouse, H., (1950). “Diffusion of submerged jets”, Transactions of the American Society of Civil Engineers, 115(1), 639-664.

American Water Works Association (AWWA), (1999). Water conservation guide bookNo. 5, Water audits and leak detection, American water works association (California-Nevada section) and Department of Water Resources Water Conservation Office.

Cassa, A. M., van Zyl, J. E., and Laubscher, R. F. (2006). “A numerical investigation into the behaviour of leak openings in UPVC pipes under pressure”, In WISA2006 the Water Institute of Southern Africa Biennial Conference and Exhibition, South Africa.

Cassa, A. and van Zyl, J. (2008). “A numerical investigation into the behaviour of cracks in UPVC pipes under pressure”, 10th Annual Water Distribution Systems Analysis Conference, Kruger National Park, South Africa.

Cassa, A. M., van Zyl, J. E., and Laubscher, R. F. (2010). “A numerical investigation into the effect of pressure on holes and cracks in water supply pipes”, Urban Water Journal, 7(2), 109-120.

Cassa, A. M., and van Zyl, J. E. (2013). “Predicting the head-leakage slope of cracks in pipes subject to elastic deformations”, Journal of Water Supply: Research and Technology- AQUA, 62(4), 214-223.

Coetzer, A. J., van Zyl, J. E., and Clayton, C. R. I., (2006). “An experimental investigation into the turbulent-flow hydraulics of small circular holes in plastic pipes”, In 8th Annual Water Distribution Systems Analysis Symposium, Cincinnati, Ohio, U.S.A.

De Paola, F., Galdiero, E., Giugni, M., Papa, R., and Urciuoli, G. (2014). “Experimental investigation on a buried leaking pipe”, Procedia Engineering, 89, 298-303.

Farley, M., and Trow, S. (Eds.)., (2003). Losses in water distribution networks: a practitioner's guide to assessment, monitoring and control, IWA Publishing. 

Ferrante, M., Massari, C., Cluni, F., Brunone, B., and Meniconi, S. (2009). “Leak discharge and strains in a polyethylene pipe”, Integrating Water Systems, 203-208, Laiden, Netherlands.

Ferrante, M., Massari, C., Brunone, B., and Meniconi, S. (2011). “Experimental evidence of hysteresis in the head–discharge relationship for a leak in a polyethylene pipe”, Journal of Hydraulic Engineering, 137(7), 775–780.

Ferrante, M. (2012). “Experimental investigation of the effects of pipe material on the leak head-discharge relationship”, Journal of Hydraulic Engineering, 138(8), 736–743.

Fox, S., Collins, R., and Boxall, J. (2016). “Physical investigation into the significance of ground conditions on dynamic leakage behaviour”, Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 65(2), 103-115.

Franchini, M., and Lanza, L., (2014). “Leakages in pipes: generalizing Torricelli's equation to deal with different elastic materials, diameters and orifice shape and dimensions”, Urban Water Journal, 11(8), 678-695.

Greyvenstein, B., and Zyl, J. V., (2007). “An experimental investigation into the pressure-leakage relationship of some failed water pipes”, Aqua-Journal of Water Supply, 56(2), 117-124.

Guo, S., Zhang, T. Q., Shao, W. Y., Zhu, D. Z., and Duan, Y. Y., (2013). “Two-dimensional pipe leakage through a line crack in water distribution systems”, Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 14(5), 371-376.

Kingdom, B., Limberger, R. and Marin, P., (2006). “The challenge of reducing non-revenue water (nrw) in developing countries: how the private sector can help: a look at performance- based service contracting”, Water Supply and Sanitation Sector Board Discussion Paper Series, 8, 1-52.

Lambert, A., (1997). “Pressure management / leakage relationships: theory, concepts and practical applications”, Proceeding of Minimizing Leakage in Water Supply / Distribution Systems, IQPC Seminar, London.

Massari, C. (2012). “Diagnosis and hydraulic characterization of pressurized pipe systems”, Ph.D. Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, University of Perugia, Italy.Massari, C., Ferrante, M., Brunone, B., and Meniconi, S. (2012). “Is the leak head–discharge relationship in polyethylene pipes a bijective function?”, Journal of Hydraulic Research, 50(4), 409-417.

Tabesh, M., (1998). “Implications of the pressure dependency of outflows on data management, mathematical modelling and reliability assessment of water distribution systems”, Ph.D. Thesis,
Department of Civil Engineering, University of Liverpool, England.

Thornton, J., and Lambert, A., (2005). “Progress in practical prediction of pressure: leakage, pressure: burst frequency and pressure: consumption relationships”, Paper to IWA Special Conference ‘Leakage 2005’, Halifax, Canada.

Walski, T., Whitman, B., Baron, M., and Gerloff, F., (2009). “Pressure vs. flow relationship for pipe leaks”, World Environmental and Water Resources Congress, Kansas City, Missouri, U.S.A.

World Health Organization (WHO), (2001). Leakage management and control– a best practice manual, WHO, Geneva.