بخشی از مقاله
خلاصه
در تحقیق حاضر، تأثیر توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در مخزن و همچنین بررسی ساختار جریان دراین فرآیند به صورت عمده مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشات با عمق و دبی های مختلف جریان در طولهای مختلف توسعه مجرا به منظور تعیین حجم مخروط رسوبشویی طراحی و انجام گردید. برای بررسی ساختار جریان نیز، اندازه گیری سرعت جریان با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی داپلر صورت گرفت. نتایج نشان می دهد توسعه مجرا به میزان نسبی 0/5،1 و1/5 برابر ارتفاع رسوبات در مخزن موجب افزایش حجم مخروط به میزان 50،74 و96 درصد نسبت به حالت بدون توسعه مجرا میگردد. بررسی هیدرولیکی این فرآیند نیز نشان می دهد که ماکزیمم سرعت افقی جریان، که محل آن درست در محور مقابل دهانه ورودی مجرا می باشد و همچنین تنش برشی وارد بر کف در محل حداکثر عمق آبشستگی، با افزایش میزان توسعه مجرا، افزایش می یابد. تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از اندازه گیری سرعت جریان مفصلا در متن آمده است.
واژه های کلیدی: رسوبشویی تحت فشار، مدل فیزیکی، توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی، ساختار جریان، سرعت سنج صوتی داپلر
1.مقدمه
رسوبگذاری در مخازن علاوه بر کاهش حجم مفید آنها، پیامدهای دیگری نیز دارد که از آن جمله میتوان به ورود رسوبات به دریچههای نیروگاه و اختلال در کار توربینها و خوردگی آنها، انسداد و گرفتگی آبگیرها، افزایش بار اضافی بر روی بدنه سد و موارد دیگر اشاره نمود. از این رو با توجه به اهمیت مسئله، چاره اندیشی بهموقع در این زمینه همراه با درک آن و کسب آگاهی و مهارت در کاربرد روش های حذف وکنترل رسوبات غیر قابل اجتناب میباشد. یکی از مؤثرترین روشهای رسوبزدایی از مخزن به خصوص در حین بهرهبرداری، رسوبشویی هیدرولیکی میباشد که به دو نوع آزاد و تحت فشار تقسیم می شود.[1]
از میان این دو، رسوبشویی هیدرولیکی تحت فشار، یک تکنیک موثر جهت بازیابی حجم مفید مخازن سد میباشد به خصوص به سبب داشتن تأثیر موضعی آبشستگی در اطراف دریچههای تحتانی سد، گزینه بسیار مناسبی برای زدودن رسوبات تجمع یافته از آبگیر نیروگاهها میباشد. در این تکنیک با تخلیه رسوبات نهشته شده از مخزن سد به کمک جریان خروجی از دریچههای تحتانی ، حفره یا چاله ای از آبشستگی به شکل مخروط جلوی تخلیهکننده تحتانی بوجود آمده و توسعه می یابد. ارائه یک راهکار مناسب برای افزایش حجم مخروط رسوبشویی در این روش رسوب زدایی که با کمترین اتلاف آب مخزن همراه است می تواند گامی برای احیای حجم مفید مخزن و نجات آبگیر ها باشد.
مطالعات آزمایشگاهی مختلفی در زمینه رسوبشویی تحت فشار انجام شده که از جمله آنها می توان به مطالعات لای و چانگ[2]، اسچورلین و همکاران[3]، طالب بیدختی و نقشینه [4]، امامقلی زاده 5]و[6 و دولس و همکاران [7]، اشاره کرد. زمینه تحقیقاتی مطالعات فوق بیشتر شناخت بهتر پارامتر های هیدرولیکی موثر بر این فرآیند بوده است و تحقیقات معدودی در ارتباط با سایر راهکارهای افزایش عملکرد فرآیند رسوبشویی تحت فشار صورت گرفته است که می توان به موارد زیر اشاره نمود. مشکاتی شهمیرزادی و همکاران[8]، با بررسی تأثیر مقاطع عرضی تخلیه کننده های تحتانی را بر روی ابعاد مخروط رسوبشویی نتیجه گرفتند که با افزایش قطر تخلیه کنده تحتانی ابعاد مخروط رسوبشویی افزایش می یابد و فرسایش رسوبات نهشته شده از فاصله دورتری نسبت به تخلیه کننده شکل می گیرد.
آلتوس[9]، با قرار دادن جت آب در مخزن میزان تاثیر آن را بر افزایش رسوبات تخلیه شده مورد بررسی قرار داده و بیان کرد که در حالت بدون اعمال جت آب، مدت زمان لازم برای رسوبشویی دو برابر حالتی است که جت آب در مخزن کارگذاری شده است. احد پور و همکاران[10]، در مطالعه خود به بررسی استفاده از لرزاننده ها1 در لایه های رسوبی و محل قرار گیری آنها روی ابعاد مخروط رسوبشویی پرداختند. نتایج آنها نشان می دهد که وجود لرزاننده در داخل رسوبات مخزن تاثیر مثبت بر ابعاد حفره رسوبشویی دارد. در این پژوهش رسوبشویی تحت فشار با توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در مخزن و همچنین هیدرولیک این فرآیند به طور عمده مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 مبانی و روش ها
.1-2 آنالیز ابعادی
حجم مخروط رسوبشویی به پارامترهای مختلفی بستگی داردکه انتخاب پارامترهای موثر با توجه به اصول اولیه مهندسی رسوب و بررسی مطالعات گذشته به صورت زیر در نظر گرفته شده است.که در آن ، : V f حجم مخروط رسوبشویی، :U o سرعت جریان خروجی از تخلیه کنندهی تحتانی، : H w ارتفاع آب داخل مخزن، بالای مرکز مجرای تخلیه کنندهی تحتانی ، : H s ارتفاع رسوبات تجمع یافته در پشت مخزن، بالای مرکز مجرای تخلیه کننده ، : Lt طول مجرای توسعه داده شده درمخزن، : Do قطر مجرای تخلیه کننده تحتانی، : d50 اندازه متوسط ذره رسوب، : g شتاب ثقل، : s چگالی رسوب، w : چگالی آب، : لزجت سینماتیکی آب، : B عرض مخزن میباشند - شکل. - 1 سرعت جریان به صورت زیر محاسبه شده است: که در آن : Qo دبی خروجی از مخزن میباشند.
.2-2 مدل آزمایشگاهی مورد استفاده
برای انجام آزمایشات از مدل فیزیکی ساخته شده در آزمایشگاه هیدرولیک گروه سازه های آبی دانشگاه تربیت مدرس استفاده گردید. مدل فیزیکی مورد استفاده به شکل مکعب مستطیل و دارای طول کلی 7 متر، عرض 1/4 متر و ارتفاع 1/5 متر می باشد.که از 3 قسمت، -1 ورودی مدل - ناحیهآرام کننده جریان - ،-2 مخزن اصلی،-3حوضچه ته نشینی رسوبات تشکیل شده است - شکل. - 2 در قسمت ورودی مدل تلاطم جریان ورودی به مدل گرفته شده و جریان به صورت آرام وارد قسمت اصلی - مخزن - می گردد. مخزن اصلی مدل دارای طول 5 متر، ارتفاع 1/5 متر و عرض 1/4 متر می باشد که رسوبات در این قسمت از مدل قرار می گیرد و به عنوان مدل مخزن سد در نظر گرفته می شود. ذرات رسوبی مورد استفاده در آزمایشات از رسوبات غیرچسبنده از نوع سیلیس با دانه بندی یکنواخت و با d50 ، 1/15 میلی متر و انحراف معیار هندسی - g - ،1/37 در نظر گرفته شد.به منظور انجام رسوبشویی، یک مجرای تخلیه کننده با مقطع دایره ای به قطر 5 سانتیمتر که در خط مرکزی فلوم قرار داشت، استفاده گردید. به منظور جمع آوری رسوبات خارج شده از مجرای تخلیهکننده تحتانی، از مخزن مکعب مستطیل شکل به عنوان حوضچه ته نشینی رسوبات که درپایین دست مدل قرار گرفته بود، استفاده شد.
.3-2نحوه انجام آزمایشات
به منظور بررسی تاثیر توسعه مجرای تخلیه کننده تحتانی در مخزن سد بر ابعاد مخروط رسوبشویی، آزمایشات با استفادهاز سه طول مجرای تخلیه کنندهی تحتانی با سه ارتفاع آب و هر ارتفاع آب با سه دبی و در تراز رسوبات ثابت 20 سانتیمتر نسبت مرکز مجرا انجام گرفت. همچنین آزمایشاتی با همین شرایط هیدرولیکی در حالت بدون توسعه مجرا در مخزن انجام گردید. جدول - 1 - و - 2 - محدوده تغییرات پارامتر ها را به صورت با بعد و بدون بعد نشان می دهد.
