دانلود پایان نامه
پدیده کاویتاسیون تاثیرات سوء فراوانی مانند تخریب و کاهش کارایی در سازههای هیدرولیکی دارد که به طور خلاصه میتوان به موارد زیر اشاره کرد :
تغییر در عملکرد سازهها و سیستمهای هیدرولیکی (مانند افزایش نیروی دراگ، کاهش بازده توربوماشینها، کاهش ظرفیت انتقال آب سرریزها، استهلاک انرژی و … )
ظاهر شدن نیروی اضافی در سازه
تولید سروصدا و ارتعاش
فرسایش دیوارهها (Pierre, 2004)
علل وقوع پدیده کاویتاسیون
تجارب عملی بهره برداری از سرریزها به همراه مطالعات و تحقیقات انجام شده بر روی مدل ها نشان داده است که وقوع پدیده کاویتاسیون ناشی از علل و شرایط گوناگونی می باشد که میتوان آنها را در سه دسته زیر خلاصه نمود.
عوامل هندسی: ازجمله عوامل هندسی می توان به ناهمواری های سطحی سرریز، وجود سازه های مستعد برای ایجاد کاویتاسیون مثل پایه ها، درزهای اجرایی، جداکننده های جریان و دفلکتورها، تغییر ناگهانی خطوط جریان و … اشاره کرد.
عوامل هیدرودینامیکی: عوامل هیدرودینامیکی مانند سرعت جریان، عملکرد دریچه ها، پیشرفت لایه ی مرزی و … نیز بر روی ایجاد کاویتاسیون نقش دارند.
عوامل فیزیکی: دمای آب، تعداد و اندازه ی حباب های هوا و مواد معلق در آب و … از جمله عوامل فیزیکی هستند که در ایجاد پدیده ی کاویتاسیون موثر می باشند.
اندیس کاویتاسیون
همان طور که در بخش قبل ذکر شد عوامل متعددی بر وقوع پدیده کاویتاسیون تاثیر دارد. از این رو تعیین معیار دقیقی جهت تعیین احتمال وقوع کاویتاسیون مشکل است. تا مدت ها، تنها معیار اساسی در این خصوص سرعت بحرانی بود. در سال 1987 آقای آیزنهاور در مقاله ی خود سرعت بحرانی را با توجه به نحوه ی اجرا و کیفیت و نوع بتن به کار رفته و مقاومت آن، بین 20 تا 25 متر بر ثانیه در نظر گرفت. اما این معیار نمی توانست تأثیر فشار آب و همچنین خرابی های شدید غیرعادی در پایین دست قوس های قائم را توجیه کند. از همین رو به منظور مشخص شدن میزان کاویتاسیون در انواع ناهمواریها، سازمان USBR و USCE آزمایشات متعددی روی اشکال مختلف ناهمواریها انجام دادند که در نتیجه این آزمایشات رابطه (2-1) تحت عنوان اندیس کاویتاسیون پیشنهاد گردید.
(‏21) ,
که در معادله ی فوق اندیس کاویتاسیون، فشار مطلق، فشار بخار آب، چگالی جریان و سرعت جریان در نقطه مورد بررسی می باشد.
معمولا جهت بررسی امکان وقوع پدیده کاویتاسیون در سرریزها از این اندیس استفاده می شود. زمانی که اندیس کاویتاسیون در هر نقطه از جریان از مقدار بحرانی شروع کاویتاسیون () بیشتر باشد امکان وقوع این پدیده کم می باشد. بر اساس گزارش های گوناگون در سطح جهان، خسارات قابل ملاحظه در سرریزها غالبا در مواقعی رخ داده است که اندیس کاویتاسیون جریان کوچکتر از 2/0 بوده البته هنگامی که اندیس کاویتاسیون بزرگتر از 2/0 بوده نیز خساراتی مشاهده شده که غالبا میزان خرابی ناشی از آن زیاد نبوده است. واضح است که میزان مقاومت بتن و رواداری های مجاز در ناهمواری های سطح شوت، حد بحرانی ذکرشده ی فوق را تحت تأثیر قرار می دهند. جدول (2-1) راهنمای مناسبی در این زمینه میباشد.
جدول ‏21- حدود اندیس کاویتاسیون و توصیهها (زندی، 1384)
اندیس کاویتاسیون ()
توصیه ها
خسارات جزئی است و غالباً نیازی به تعمیرات ندارد.
با تمهیدات مناسب مانند هوادهی می توان مانع وقوع پدیده ی کاویتاسیون شد.
بهتر است با بازنگری طرح و تغییر پارامترهای هیدرولیکی جریان از طریق کاهش سرعت و یا افزایش فشار به اعداد کاویتاسیون بزرگ تری دست یافت.
تاثیرات و خسارات ناشی از کاویتاسیون در سرریزها