ضربه قوچ و جلوگیری از آن

وقتی که یک سیال درون یک مسیر بسته در حال جریان باشد و کندشدن و یا تسریع سرعت جریان به وجود اید پدیده ضربه قوچ مشاهده خواهد شد. نظیر مواقعی که در مسیر لوله شیری قرار گرفته باشد و به وسیله آن تغییری در سطح خروجی جریان ایجاد می شود.

 

---

وقتی که یک سیال درون یک مسیر بسته در حال جریان باشد و کندشدن و یا تسریع سرعت جریان به وجود اید پدیده ضربه قوچ مشاهده خواهد شد. نظیر مواقعی که در مسیر لوله شیری قرار گرفته باشد و به وسیله آن تغییری در سطح خروجی جریان ایجاد می شود. اگر این تغییرات تدریجی باشد می توان محاسبات را با توجه به اینکه مایع تراکم ناپذیر و جداره های مسیر عبور سخت هستند. به روش مشابه با تموج انجام داد. وقتی یک شیر را در مسیر خط لوله و جریان به سرعت می بندیم جریان درون شیر کاسته می شود. این عمل افزایش هد در سمت ورودی شیر را به دنبال خواهد داشت و ضربه ای ناشی از فشار زیاد را ایجاد می کند که در بالا دست جریان با سرعت موج صوتی تقویت می شود. نتیجه این ضربه فشاری کاهش سرعت جریان می باشد. در سمت دیگر شیر فشار کاهش خواهد یافت و موج فشار کاسته شده با سرعت موج به طرف پایین دست جریان حرکت می کند که این نیز کاهش سرعت را به همراه دارد. اگر سرعت بسته شدن به اندازه کافی سریع و و فشار حالت پایدار به مقدار کافی کم باشد حبابهائی از بخار در سمت پایین دست شیر شکل می گیرد و به این ترتیب خلاء حاصله در نهایت از میان خواهد رفت و موج ناشی از فشار زیاد ایجاد می شود.
قبل از بدست آوردن معادلات لازم جمربوط به ضربه قوچ وقایع و حوادث متوالی که پس از بسته شدن ناگهانی شیر در پائین دست جریان درون لوله که جریان آن از یک مخزن تامین می گردد به وقوع می پیوندد را بررسی می کنیم.

در این حالت از اصطکاک صرفه نظر می کنیم. فرض کنیم که شیر در لحظه بسته شدن در زمان صفر و سیال مجاور شیر متراکم و متوقف می شود. در نتیجه جداره های لوله کشیده می شوند. به محض اینکه اولین لایه متراکم شود. همین فرآیند برای لایه بعدی صورت خواهد گرفت سیال در بالا دست شیر به حرکت خود به طرف پایین دست جریان با سرعتی که کم نشده است ادامه می دهد تا اینکه لایه ها یکی پس از دیگری متراکم شوند و این عمل تا منبع تامین جریان ادامه می یابد. فشار ایجاد شده به صورت موج به بالا دست جریان منتقل می شود و سیال در حال جریان را متوقف و متراکم می سازد و سبب انبساط لوله می شود. وقتی که موج حاصله به بالادست جریان در لوله می رسد تمام سیال تحت هد اضافی قرار می گیرد و تمامی اندازه حرکت از میان می رود و در نتیجه انرژی جنبشی کلا به انرژی کشسانی تبدیل می شود.
در بالادست جریان در لحظه رسیدن ومج فشاری شرایط نامتوازنی ایجاد می شود زیرا فشار مخزن تغییر نکرده است. در این صورت سیال شروع به برگشتن به طرف عقب می کند. جریان معکوس حاصله سبب می شود فشار به وضعیتی مشابه قبل از بسته شدن شیر برگردد و در عین حال جداره های لوله به وضعیت عادی برخواهد گشت و سیال دارای سرعتی برابر سرعت اولیه که صفر می باشد در جهت عکس می شود. این فرآیند تبدیل با سرعت صوت در لوله منتقل می شود و به پایین دست جریان می رسد. در لحظه 2L/a موج به شیر خواهد رسید. فشار در طول لوله به حد طبیعی و سرعت در همه جا برابر سرعت صفر در جهت مخاف می باشد.
چون شیر بسته است سیالی از لوله خارج می شود تا جریانی در شیر ایجاد شود و فشار کم خواهد شد(h-)مانند اینکه جریان متوقف شده باشد. این موج ناشی از فشار کم با سرعت به سمت بالادست جریان حرکت می کند و در همه جا باعث سکون جریان می شود. در نتیجه باعث می شود به دلیل فشار کمتر سیال منبسط شود و جداره های لوله منقبض شوند( اگر فشار استاتیک در لوله به اندازه کافی بالا نباشد تا هد بالاتر از فشار بخار باقی بماند مایع در آن قسمت تبخیر خواهد شد و به حرکت خود به سمت عقب در مدت زمانی طولانی ادامه خواهد داد)
در لحظه ای که موج فشار منفی به بالادست جریان می رسد سیال در حال سکون است ولی دارای هد یکنواخت می باشد. این پدیده سبب ایجاد شرایط نامتوازن در مخزن خواهد شد و سیال در درون لوله با سرعت صفر به سمت جلو جاری می شود. در نتیجه همزمان با انتشار موج به طرف پایین دست جریان با سرعت لوله و جریان سیال به شرایط عادی بر می گردند. در زمانی که موج به شیر می رسد شرایط دقیقا همانند زمان بسته شدن شیر است.

مطالب دیگر :

فرایند های غشایی - پنجشنبه یکم اردیبهشت 1390
الکتروفورز چیست ؟ - پنجشنبه یکم اردیبهشت 1390
امنیت مرورگرهای اینترنتی - سه شنبه سی ام فروردین 1390
عکس/شانزدهمین نمایشگاه نفت،گاز،پتروشیمی - سه شنبه سی ام فروردین 1390
دانلود کتاب خواص جریانهای نفتی - سه شنبه سی ام فروردین 1390
بهينه سازي توليد کربن فعال به روش فعال‌سازي شيميايي - سه شنبه سی ام فروردین 1390
آرسنیک در آب آشامیدنی - سه شنبه سی ام فروردین 1390
پدیده اسمز معکوس چیست ؟ - سه شنبه سی ام فروردین 1390

سایت رشته صنایع شیمیایی...