بخشی از مقاله
خلاصه
نشت در شبکههای توزیع سبب از دست رفتن حجم زیادی از منابع آب میشود و فشار تأثیر مستقیمی بر میزان آن دارد. مشاهدات تجربی نشان میدهد که میزان نشت به مقدار فشار در شبکه آب حساس بوده و با افزایش فشار بهصورت غیرخطی افزایش مییابد. درگذشته نشت از انواع ترکها، با توجه به رابطه توریچلی تخمین زده میشد ولی در تحقیقات متعدد صورت گرفته، میزان نشت بیش از میزان پیشبینیشده در رابطه توریچلی مشاهدهشده است. نتایج این تحقیق نشان داد که توان نشت با توجه به جنس لوله و نوع ترک متفاوت است. در مقاله حاضر، نشت و عوامل مؤثر بر آن در انواع ترک برای دو نوع لوله پلاستیکی با ضریب الاستیسیته پایین با استفاده از شبیهسازی به روش المان محدود در نرمافزار ABAQUS ارزیابیشده است.
1. مقدمه
نشت در شبکههای توزیع آب شهری یکی از شایعترین دلایل هدر رفت آب میباشد. میزان هدر رفت در شبکههای توزیع آب بر اساس کیفیت بهرهبرداری و اجرا بین سه - در کشورهای توسعهیافته نظیر هلند - تا پنجاهدرصد - کشورهای در حال توسعهیافته - از کل آب تولیدی میباشد.[1] تقاضای آبی با توجه به تغییرات اقلیم، افزایش جمعیت و ارتقاء سطح بهداشت در حالی افزایش است درحالیکه میزان آب شیرین قابل استحصال ثابت میباشد. همچنین هزینههای تصفیه، انتقال و توزیع آب شیرین سبب شده تا اقدامات متفاوتی در قبال مقابله با هدر رفت آب و کاهش آن به سطح اقتصادی قابلقبول صورت پذیرد.
انتخاب روش کنترل و کاهش میزان نشت و تأثیر آن در شبکههای آبرسانی به رفتار نشت وابستگی دارد.[2] ازاینرو تحقیقات بسیاری در مورد روشهای کنترل نشت صورت گرفته است. متداولترین روش برای کاهش میزان نشت در سیستم توزیع آب، مدیریت فشار میباشد ازاینرو مطالعه رفتار نشت در قبال تغییرات فشار موردتوجه محققان بسیاری قرارگرفته است.
لولههای پلاستیکی در قرن حاضر به سبب مزایای فراوان، در شبکه توزیع آب بهصورت روزافزون استفادهشدهاند. علیرغم این مصرف رو به رشد، تحقیقات محدودی در مورد رفتار نشت در این نوع لولهها انجامشده است .[10] مشاهدهشده است که ترکها در لولههای پلاستیکی به سبب افزایش فشار تغییر شکل میدهند و به همین سبب رفتار نشت در آنها با لولههای فلزی متفاوت است.
May در سال 1994 با این دید تئوری نشت در منافذ ثابت و متغیر - - FAVAD را پایهریزی کرد[10] و از آن به بعد محققین بسیاری بر این اساس به توجیه و پیشبینی میزان نشت پرداختهاند؛ کلایتون و وان زیل با اقتباس از تئوری FAVAD نشت را به دو قسمت تقسیم کردند. قسمت اول که مربوط به میزان نشت در حال ثابت است و قسمت دوم که شامل نشت ناشی از تغییر مساخت موضع نشت میباشد.
عوامل مختلفی بر روی شیب نمودار تغییر مساحت نسبت به فشار نظیر قطر، ضخامت، ضریب الاستیسیته و ضریب پواسون لوله و یا مشخصات ترک نظیر نوع، محل قرارگیری، عرض، طول، مساحت اولیه ترک و زاویه لبههای ترک تأثیر میگذارد .[11] لولههای پلیاتیلنی - - HDPE در شبکههای توزیع آب کشور به سبب صرفه اقتصادی، راحتی نصب و تعمیرات بهوفور استفادهشده است و در شبکههای توزیع آب کوچک مانند روستاها، تا %100 شبکه از این نوع لولهها هستند. لولههای پلیاتیلنی به سبب نوع ساختار مولکولی و رفتار متفاوت و پیچیدهتری نسبت به سایر انواع جنس لولهها در قبال فشار دارند.[12 ,7]
فرشاد، شکست در لولههای پلاستیکی را بهطور کامل موردبررسی قرار داده و دلایل و نوع شکست را بر اساس مطالعات میدانی نشان داد.[13] ترکهای طولی متداولترین نوع از شکست در لولههای پلیاتیلنی بوده و بیشتر در اثر افزایش فشار و کاهش مقاومت لوله رخ میدهد. ترکهای محیطی و دایرهای نیز از انواع دیگر ترک در این نوع لولههای میباشند که در این تحقیق بدانها پرداخته خواهد شد.
علیرغم مطالعات انجامشده تاکنون، هنوز ماهیت ترک و چگونگی باز شدن و انتشار آن، تحتفشار آب داخل لوله بهطور کامل روشن نیست و لذا نیاز به تحقیقات بیشتر در این زمینه وجود دارد. تحقیق حاضر شناخت رفتار نشت در لولههای پلیاتیلن را موردنظر داشته و روابطی را جهت پیشبینی میزان نشت در این نوع لولهها ارائه کرده است. نتایج این تحقیق میتواند در تصمیمگیری اقتصادی و مؤثر برای راهکارهای کاهش نشت استفاده شود.
.2 مواد و روشها
در این تحقیق با استفاده از شبیهسازی عددی با روش المان محدود رفتار موضع نشت در قبال تغییرات فشار بررسیشده است. برای این منظور ترکهای طولی، محیطی و دایرهای در نرمافزار ABAQUS مدلسازی شدهاند. جهت بررسی و مقایسه نتایج این مدلسازی برای لولههای پلیاتیلنی و UPVC تکرار شده است. مدل اولیه با مشخصات درجشده در جدول شماره - 1 - شبیهسازیشده و سپس برای صحت سنجی باکارهای مشابه مقایسه شدهاند. جدول شماره - 1 - مشخصات هندسی و مکانیکی لولهها طبق استاندارد ملی ایران، استانداردISIR9117 برای لولههای یو پیویسی و استاندارد INSO14427-2 برای لولههای پلیاتیلن، نشان دادهشدهاند.[14]
