پایان نامه با کلید واژگان الگوریتم ژنتیک، اکسیداسیون، نرم افزار

به نام غلظت ذرات جامد مطرح نمیشود. بلکه مقدار و اندازه شن همراه، در ترم سایش ظاهر میشود. به طور مثال نرخ سایش به صورت میلیمتر به ازای کیلوگرم شن گزارش میشود. اما در سیستمهای مایع مقدار شن همراه با سیال به صورت پارامتر غلظت بیان میشود. به طور معمول مقدار شن تولیدی در ایستگاههای بهرهبرداری مواد هیدروکربنی از یک درصد وزنی تجاوز نمیکند. ولی باید توجه داشت که مقدار یک درصد نیز مقدار بسیار زیادی است. نتایج بدست آمده از آزمایشات با نتایج تجربی که قبلأ بدست آمدهاند مطابقت بسیار خوبی دارند. در شکل زیر تأثیر غلظت ذرات شن بر میزان سایش دیده میشود.
شکل (5-8). تأثیر غلظت ذرات شن بر میزان سایش
در شکل بالا ملاحظه میشود که روند تغییرات سایش بر حسب غلظت ذرات یک روند تقریبأ خطی است. در یک مخزن هیدروکربنی هرچه غلظت شن زیادتر باشد، آثار مخرب بیشتری بر جای خواهد گذاشت. اما در یک سیستم آزمایشگاهی که سیال ورودی به چرخه توسط پمپ انتقال مییابد، ممکن است در غلظتهای بالاتر منجر به افزایش سایش نگردد. زیرا هرچه شن زیادتر باشد توانایی پمپاژ آن سختتر میشود. اما تا زمانی که به پمپ فشار وارد نشود این روند همچنان صعودی خواهد بود.
5-4-6- تأثیر سختی و دانسیتهی کوپن
مقدار سختی و مقاومت فلز هدف (کوپن) در برابر سایش و برخورد ذرات جامد یکی از عوامل بسیار مهم میباشد. متأسفانه در اکثر پروژهها و کارهای گذشته که در فصل سوم به آن اشاره شد، این فاکتور مهم نادیده گرفته شده است. یکی از دستاوردهای مهم این پروژه، تعیین اهمیت پارامترهای سختی و دانسیتهی کوپن میباشد. هرچه سختی فلز زیادتر باشد، مقاومت آن در برابر ساییده شدن و از بین رفتن بیشتر میشود. دانسیتهی فلز نیز هرچه بیشتر باشد منجر به کاهش کمتر ضخامت آن خواهد شد. به طور مثال دو نمونه با دانسیتههای متفاوت و سختیهای مشابه را در نظر بگیرید. میزان سایش دو ماده در یک شرایط مساوی بر حسب گرم در سال تقریبأ برابر خواهد بود. اما میزان کاهش ضخامت و عمق دو نمونه با یکدیگر متفاوت است. نمونهای که دارای دانسیته بیشتری بوده، کاهش ضخامت کمتری خواهد داشت. در شکلهای زیر این موضوع به روشنی نشان داده شده است.
شکل (5-9). تأثیر جنس (سختی) کوپن بر میزان سایش
شکل (5-9) تأثیر سختی و یا جنس کوپن را بر مقدار سایش برحسب گرم در سال نشان میدهد، در حالیکه در شکل (5-10) تأثیر دانسیته بر مقدار سایش برحسب میلیمتر در سال گزارش شده است.
شکل (5-10). تأثیر دانسیتهی کوپن بر میزان سایش
با مقایسه دو شکل بالا به اهمیت سختی و دانسیته کوپن به عنوان فلز مورد هدف پی برده میشود. اگر میزان سایش را بر حسب کاهش وزن کوپنها در نظر بگیریم یک تفاوت جزیی بین کوپنهای فولادی و کوپنهای آلومینیومی وجود دارد. اما اگر کاهش عمق فلز را به عنوان معیار سایش در نظر بگیریم تفاوت بسیار چشمگیری بین دو کوپن وجود خواهد داشت.
از این قسمت میتوان نتیجه گرفت با انتخاب یک ماده با سختی و دانسیتهی بالا تا حدود زیادی میتوان سایش را کاهش داد.
اطلاعات کلی آزمایشات در جدول زیر گردآوری شده است.
جدول (5-4). دادههای بدست آمده از مرحله دوم آزمایش
تست
سرعت
((m)⁄s)
سایز (میکرون)
غلظت (درصد وزنی)
〖ER〗_1
gr⁄year
〖ER〗_2
gr⁄year
〖ER〗_3
gr⁄year
〖ER〗_4
gr⁄year
〖ER〗_5
gr⁄year
〖ER〗_6
gr⁄year
جنس
6
3
225
25/0
224/0
1
75/0
084/0
8/0
320/0
Al
7
4
510
5/0
422/1
874/7
894/3
546/0
6185/4
225/2
Al
8
4
510
75/0
418/3
365/10
106/6
47/1
982/6
25/4
Al
9
4
510
25/0
092/1
83/4
1/2
168/0
772/2
323/1
Al
10
4
360
5/0
84/0
804/6
352/2
42/0
326/4
596/1
Al
11
4
225
5/0
6318/0
956/4
1/2
112/0
562/2
0431/1
Al
12
4
360
75/0
68/1
862/8
578/4
882/0
704/4
436/2
Al
13
4
510
5/0
882/0
174/6
253/3
504/0
6524/3
3318/1
C.S
14
4
225
75/0
197/1
985/5
99/3
583/0
021/4
807/1
Al
15
3
360
75/0
186/1
326/4
103/2
42/0
268/2
428/1
Al
16
4
360
75/0
998/0
216/6
485/2
485/0
156/3
3452/1
C.S
17
35/3
360
75/0
27/1
817/5
528/3
54/0
982/2
875/1
Al
18
35/2
360
75/0
523/0
836/2
302/1
28/0
605/1
642/0
Al
19
4
510
75/0
112/1
384/6
626/2
68/0
006/3
456/1
C.S
20
3
360
0/75
58/0
392/3
184/1
271/0
476/2
95/0.
C.S
21
2
510
0/5
226/0
387/1
529/0
095/0
974/0
379/0
C.S
22
4
125
0/25
279/0
728/1
661/0
138/0
212/1
468/0
Al
23
3
225
0/75
0526/0
331/0
125/0
024/0
232/0
095/0
Al
5-5- آنالیز ظاهری
یکی از راهکارهای شناخت مکانیسم پدیدهی سایش، آنالیز و بررسی نمونهها از طریق مشاهده میباشد. در یک فرایند مشابه، ممکن است برای نمونههای خاصی، مکانیسم سایش متفاوت باشد.
همانطورکه قبلأ گفته شد، فرایند سایش طبق چهار مکانیسم صورت میگیرد. سایش ذرات شن، سایش قطرهای، خوردگی سایشی و کاویتاسیون. ممکن است در بعضی مواقع ترکیبی از این مکانیسمها باعث ایجاد سایش گردد. در این پروژه برای اطمینان از اینکه سایش ایجاد شده به واسطهی برخورد ذرات شن بوده و عوامل دیگری مثل اکسیداسیون و … در این مورد دخیل نبودهاند، پس از اتمام برخی از تستها یک آنالیز ظاهری معمولی و یک آنالیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی108 نیز انجام گرفته است.
5-5-1- میکروسکوپ الکترونی
یکی از تجهیزات بزرگ علمی میکروسکوپ الکترونی است که دستگاه سادهای از آن برای اولین بار در سال ۱۹۴۰ میلادی ساخته شد و بوسیله آن زیست شناسان توانستند اجزای بیشتری از یک سلول را مشاهده نمایند. میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا حتی میتواند در دل دانههای بسیار کوچک با قطری در حد میکرومتر نفوذ کند و عناصر تشکیل دهندهی آن را نشان دهد. بزرگنمایی آن گاهی از 100000 برابر بیشتر است. درواقع میکروسکوپ الکترونی بر اساس قوانین نوری کار میکند و مانند تمام میکروسکوپها از دو عدسی شی و چشمی تشکیل شده است. ولی در این دستگاه به جای نور از شار الکترون (پرتوهای الکترونی پر انرژی) استفاده میگردد. از آنجاییکه طول موج تابش الکترون بسیار کوتاهتر است، تصاویر بدست آمده دارای بزرگنمایی بیشتری نسبت به میکروسکوپهای نوری میباشند. تمام میکروسکوپهای الکترونی دارای یک محفظه (بخش لوله‌ای شکل) خلاء تحت فشار بسیار کم نانو پاسکال هستند که بعنوان یک منبع الکترونی عمل میکند و کار ساخت و تمرکز الکترونها در آن صورت میگیرد. در قسمت بالای لوله یک قطب منفی الکتریکی فلزی ازجنس تنگستن نصب شده و این فلز با عبور جریان الکتریکی آنقدر داغ میشود که الکترون شارش کند. پرتوهای الکترونی در مسیر خود از روزنههای تعبیه شده در یک فلز و گاز (معمولأ بخارآب) عبور کرده و با عبور از لنزهای مغناطیسی بر روی شی مورد نظر تابانده شده و در نتیجه بازتاب نور تصویر شی دیده خواهد شد. که میتوان آن را در کامپیوتر به وضوح ثبت نمود.
این دستگاه همواره به یک مدار الکتریکی متصل است که ولتاژ مناسب را برای پمپاژ کردن پرتوهای الکترونی برای پمپهای میکروسکوپ فراهم میسازد و بوسیلهی آن الکترونها تحت شتاب به طرف هدف میروند. همچنین انرژی لازم برای تقویت کنندههای پرتوهای بازتاب را فراهم میکند.
5-5-2-آنالیز کوپنها با میکروسکوپ الکترونی
برای اطمینان از نحوهی سایش کوپنها چندین عکس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و دوربین معمولی گرفته شده است که در شکلهای زیر آورده شده است.
شکل(5-11). کوپن آلومینیومی. الف) قبل از تست ب) بعد از تست
در شکل بالا یک کوپن از جنس آلومینیوم مشاهده میشود که دچار سایش شده است. در این شکل هیچگونه اثری از خوردگی و دیگر مکانیسمهای سایش به جز اثر ذرات شن دیده نمیشود. ماهیت فلز آلومینیوم نیز به همین صورت است. این ماده معمولأ در مقابل اکسید شدن و زنگ زدن (خوردگی) مقاومت خوبی دارد. تصاویر الکترونی از کوپن آلومینیوم با سه مقیاس بزرگنمایی 15 برابر، 20 برابر و 50 برابر در شکلهای (5-12) و (5-13) آورده شده است.
شکل(5-12). تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی قبل از سایش در سه مقیاس
شکل (5-13). تصویر الکترونی از کوپن آلومینیومی بعد از سایش در سه مقیاس
شکل (5-14). تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربندار قبل از سایش در سه مقیاس
شکل (5-15). تصویرالکترونی از کوپن فولاد کربندار بعد از سایش در سه مقیاس
در شکلهای (5-14) و (5-15)، کوپنهای فولادی با سه مقیاس بزرگنمایی 15 برابر، 20 برابر، و 50 برابر به نمایش در آمدهاند. ملاحظه میشود که سطح کوپن بعد از تست و بعد از اینکه در یک محیط مستعد خوردگی قرار گرفته است، دچار اکسیداسیون شده است. اثرات زنگزدگی به راحتی قابل رؤیت است. از این میتوان نتیجه گرفت که برای کوپن از جنس فولاد کربندار دو مکانیسم سایش وجود دارد. یکی برخورد ذرات شن، و دیگری خوردگی سایشی. آثار این مکانیسم در شکل (5-16) به راحتی دیده میشود.
شکل (5-16). کوپن فولادی. الف) قبل از تست ب) بعد از تست
برای نشان دادن عمق حفرهها و سوراخهای ایجاد شده در سطح کوپنها چند عکس با بزرگنمایی 400 و 500 برابر از کوپن آلومینیوم گرفته شده است که این اطمینان را حاصل میکند که کاهش وزن کوپنها دقیقأ به علت پدیدهی سایش ذرات شن رخ داده است. در شکل (5-17) این تصاویر نشان داده شده است.
شکل (5-17). حفرات ایجاد شده در سطح کوپنها با بزرگنمایی بالا
5-6- مدلسازی
همانطور که در فصل قبل به آن اشاره شد، در این پروژه برای مدل کردن دادههای آزمایشگاهی به صورت یک رابطهی ریاضی و قابل فهم، از الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب استفاده شده است. با توجه به اینکه معرفی ساختار و چگونگی عملکرد این برنامه در چارچوب این تحقیق قرار نمیگیرد، به طور مختصر به توضیح آن پرداخته و به یک نگاه جامع و کلی بسنده میکنیم.
5-6-1- الگوریتم ژنتیک
الگوریتم ژنتیک یکی از قدرتمندترین روشهای فرا ابتکاری جهت یافتن نقاط حداقل یا حداکثر یک تابع هدف میباشد. در این الگوریتم فضای مسئله به صورت تصادفی و مرحله به مرحله کاوش میشود و هدف این است که در هر مرحله جوابی بهتر از مرحله قبل به دست بیاید. یکی از ویژگیهای شاخص الگوریتم ژنتیک، امکان اجرای موازی است که توانایی حل مسائل بسیار بزرگ و پیچیده را فراهم میآورد. در ابتدا پارامترهای فضای جستجو در قالب آرایهای به نام کروموزوم109 شکل میگیرند. هر کروموزوم نمایانگر یک جواب برای مسئلهی مورد نظر است. کروموزومها در کنار هم مجموعهای را تشکیل میدهند که جمعیت نامیده میشود. الگوریتم با جمعیتی متشکل از کروموزومهایی که به صورت تصادفی مقداردهی میشوند شروع به کار میکند. الگوریتم به صورت تکراری در هر گردش ابتدا جمعیت والد را انتخاب میکند، سپس روی عناصر جمعیت دو عملگر ترکیب110 و جهش111 را اعمال کرده و جمعیت فرزندان را به وجود میآورد، سپس از میان جمعیت والدها و جمعیت فرزندان، جوابهای جمعیت بعدی را انتخاب میکند. جوابهایی که در آخرین گردش به دست میآیند لزومأ جواب بهینه نیستند، ممکن است جوابهایی که در مراحل قبل بدست آمده بودند از دقت بالاتر و خطای کمتری برخوردار باشند. برای تعیین میزان بهینه بودن هر جواب از معیاری استفاده میشود که تابع هدف112 نامیده میشود. در عمل تابع هدف به هر کروموزوم جمعیت از یک نسل، یک مقدار نسبت میدهد که این مقدار، برازندگی این جواب را نسبت به بقیه جوابهای همان نسل مشخص مینماید. شکل کلی الگوریتم ژنتیک در شکل زیر

مطلب مرتبط :   منابع مقاله با موضوعand، al، Anxiety

دیدگاهتان را بنویسید