دانشگاه شاهرود

1. به نام خدا دانشگاه شاهرود دانشكده عمرانمهندسی عمران- سازه های هیدرولیکی بررسی پدیده اندرکنش سیال - سازه با استفاده از روش عددی خطوط مشخصه ضمنی استاد: دکتر سررشته داری سارا امیرگیلکی آذر 92

2. فهرست

3. آشنایی با فیزیک پدیده

4. ضربه قوچ هرگاه جریان از یک حالت ماندگار به حالت ماندگار دیگری تغییر شرایط دهد، جریان غیر ماندگار مابین را جریان میرا یا گذرا می نامند. براین اساس، ضربه قوچ( چکش آبی) نوعی جریان گذرا است که در خطوط لوله، ایجاد میگردد. عموماً هرگاه سیالی درون مسیری بسته، در حال جریان باشد و کند شدن یا تسریع سرعت جریان بوجود آید، پدیده ضربه قوچ مشاهده میگردد..این پدیده معمولا در اثر راه اندازی یا از کار افتادن پمپ ها و توربین ها، قطع برق و یا قطع نیرو در سیستم های پمپاژ، بستن یا باز شدن شیرها، وجود تغییراتی در مسیر جریان مانند افزایش یا کاهش قطر لوله و... روی می دهد.

5. انواع ضربه قوچ

6. پدیده اندرکنش سیال – سازه • اندرکنش سیال ـ سازه (FSI) زمانی اتفاق می‌افتد که جریان سیال باعث تغییر شکل سازه شود. این تغییر شکلها در زانوها شرایط مرزی جریان سیال را تغییر می‌دهند. در این حالت پس از تغییراتی در سرعت، نوساناتی در فشار سیال بوجود می‌آید. در اثر این نوسانات نیروهای دینامیکی به سازه لوله وارد می‌شود که باعث حرکت و جابجایی سازه لوله می‌شود؛ این جابجایی‌ها در جهات طولی و جانبی می باشند که نیروهای قابل ملاحظه‌ای به تکیه‌گاه‌ها وارد می‌کنند. بدین ترتیب است که سیال و سازه روی یکدیگر تأثیر می‌گذارند.

7. بررسی روش خطوط مشخصه صریح (MOC) و معادلات حاکم • اساس این روش کار با معادلات پیوستگی و مومنتوم میباشد. با استفاده از روش خطوط مشخصه، این معادلات به معادلاتی تبدیل می شوند که بر روی خطوط مشخصه برقرارند. • در این روش ابتدا باید معادلات دیفرانسیل جزئی پیوستگی و اندازه حرکت، بر روی مسیرهایی به معادلات دیفرانسیل کامل تبدیل می شوند و سپس بوسیله روش تفاضل محدود صریح حل می شوند.

8. روش حل

9. ترکیب خطی دو معادله L1وL2 • رابطه بالا را می توان به صورت زیر مرتب کرد:

10. بدست آوردن معادلاتی هم ارز معادلات 1 و 2 • دو معادله بالا هم ارز معادلات 1 و 2 می باشند.

11. گسسته سازی • در روش تفاضل محدود ابتدا باید یک شبکه بنا کنیم تا مقادیر مجهولات را بتوانیم روی گره های شبکه به صورت گسسته شده در آوریم. در اینجا باید گره ها (مجهولات) را روی شبکه ای در نظر بگیریم که رابطه c=dx/dt حاکم باشد. (باعث می شود که معادلات به معادلات دیفرانسیل کامل تبدیل شوند) . • با توجه به مطالب بالا و مرتب کردن معادلات بر حسب Q (دبی) داریم :

12. گسسته سازی روی خط C+ • با قرار دادن خواهیم داشت :

13. برای ساده سازی می توان فرمول را به صورت زیر نوشت :

14. گسسته سازی روی خط C- همانند قبل برای خط c-داریم :

15. مجهولات • معلومات

16. مقایسه روش خطوط مشخصه صریح و ضمنی (WCM) محدودیت ها و مشکلات روش خطوط مشخصه صریح (MOC) • 1- باید فقط یکی از اجزای خطوط انتقال آب بین هر دو لوله قرار بگیرد. در غیر این صورت باید شرایط مرزی جدیدی برای هر نوع ترکیبی از اجزای موجود به دست آورد. • 2- شرایط مرزی اجزایی مانند شیر و پمپ و یا مخزن به محل قرارگیری آنها (بالادست و پایین دست سیستم) بستگی دارد. • 3- شرایط مرزی با عوض شدن جهت جریان تغییر می کند.

17. مزایای استفاده از روش خطوط مشخصه ضمنی (WCM) • 1- کلیه اجزای موجود در خط انتقال مانند لوله به صورت دو گره ای تعریف می شوند. • 2- معادلات بدست آمده در این روش مستقل از محل قرارگیری و جهت جریان می باشد. بنابراین روش ضمنی برای هر نوع ترکیبی از اعضا در خط انتقال آب کاربرد دارد.

18. مقایسه جواب های دو روش در یک مثال

19. Junction 4

20. valve

21. هدف پژوهش • بررسی اندرکنش سیال و سازه با روش خطوط مشخصه ضمنی، به وسیله نرم افزار MATLAB • بررسی و مقایسه نتایج دو روش

22. با تشکر از توجه شما