پایان نامه با کلید واژگان نرم افزار، الگوریتم ژنتیک، میانگین دما

گفته شد؛ به علت افزایش دمای پمپها در صورت کار بیش از دو ساعت، تستها در ساعات اولیه روز در زمستان با میانگین دمای هوای 10 درجه سانتیگراد انجام شد. هر تستی در متوسط زمان 150 دقیقه گرفته شده است. بعد از اتمام هر تست، سیستم با آب شستشو داده شده و بعد کوپنها باز شده و مجددأ شسته میشوند. کوپنها یکبار با آب و صابون و بار دیگر با الکل شستشو داده میشوند و بعد از خشک شدن، دوباره توزین میشوند و به این ترتیب کاهش وزن آنها بدست میآید. چون مقدار سایش بدست آمده در طول این زمان اندک، مقدار بسیار کمی میباشد، در نسبت یکسال ضرب شده تا با مقدار ملموستر و واضحتر بیان شود. طول یکسال معادل 350 روز کاری لحاظ شده است.
5-3- طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار
برای انجام آزمایشات دو مدل طراحی صورت گرفته است. یک مدل برای آزمایش سیال فاقد ذرات شن و دیگری برای آزمایش سیال همراه با ذرات شن است. در مدل اول فقط فاکتور سرعت مورد بررسی قرار گرفته است، به همین دلیل نیازی به طراحی آزمایش نبوده است. ولی در مدل دوم، برای طراحی از نرم افزار Design-Expert 7.0.0 Tril کمک گرفته شده است. توجه شود که فقط برای طراحی از این نرم افزار استفاده شده است. جهت مدلسازی فرآیند و ارائه یک رابطه برای سایش از الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب استفاده شده است.
پارامترهای مورد بررسی در آزمایشات در جدول زیر نشان داده شده است.
جدول (5-1). فاکتورهای بررسی شده در آزمایشات
فاکتور
مقدار
سرعت
4 m⁄(s )- 3.5 m⁄(s )- 3.35 m⁄s – 3 m⁄s – 2.35 m⁄(s ) – 2 m⁄(s )- 1 m⁄s
محل نصب کوپن
1- لوله عمودی (جریان رو بالا). 2- زانویی (عمودی به افقی). 3- قسمت تحتانی لوله افقی.
4- قسمت فوقانی لوله افقی. 5- زانویی (افقی به عمودی). 6- لوله عمودی (جریان رو به پایین)
اندازه ذرات
125 μm – 225 μm – 360 μm – 510 μm
غلظت ذرات
0.25 % – 0.50% – 0.75 %
جنس کوپن
آلومینیوم – فولاد کربن دار
با توجه به طراحی انجام گرفته با استفاده از نرم افزار، و وقت و زمان موجود تعداد تستهای انجام شده به شرح زیر میباشد:
جدول (5-2). تستهای گرفته شده
تست
سرعت (متر بر ثانیه)
دبی (لیتر بر دقیقه)
سایز شن (میکرون)
غلظت شن
جنس کوپن
1
1
34


Al
2
2
68


Al
3
3
102


Al
4
5/3
120


Al
5
4
136


Al
6
3
102
125
0/25
Al
7
4
136
510
0/5
Al
8
4
136
510
75/0
Al
9
4
136
510
25/0
Al
10
4
136
360
0/5
Al
11
4
136
225
0/5
Al
12
4
136
360
75/0
Al
13
4
136
510
0/5
C.S
14
4
136
225
75/0
Al
15
3
102
360
75/0
Al
16
4
136
360
75/0
C.S
17
35/3
114
360
75/0
Al
18
35/2
80
360
75/0
Al
19
4
136
510
75/0
C.S
20
3
102
360
0/75
C.S
21
2
68
510
0/5
C.S
22
4
136
125
0/25
Al
23
3
102
225
0/75
Al
از میان تستهای انجام شده، تعداد چشمگیری از تستها جهت به دست آوردن میزان دقت آزمایشات تکرار شدهاند.
5-4- آنالیز و بررسی دادهها
در این قسمت، به بررسی نتایج بدست آمده از آزمایشها پرداخته میشود. نتایج به صورت نمودار و گراف بیان شده است.
5-4-1- بررسی سرعت سایش سیال فاقد شن
همانطور که قبلأ گفته شد سیال اصلی در این آزمایشات، آب بوده است. طبق گزارش برخی از استانداردها از جمله استاندارد انجمن مهندسین نفت ایران106، سرعت انتقال سیالات درون خطوط لوله، مقدار مشخص و محدودی است. این محدودیت در این قسمت بررسی شده است. برای درک بهتر، پنج تست آب بدون ذرات شن و با سرعتهای مختلف انجام شده است نتایج این پنج تست در شکلهای زیر آمده است.
شکل (5-1). مقایسهی میزان سایش سیال فاقد شن در سرعتهای مختلف برای هر شش کوپن
در شکل بالا همانطور که ملاحظه میشود با افزایش سرعت سیال، مقدار سایش افزایش مییابد و این افزایش سایش در سرعتهای بالاتر نمود بیشتری دارد. در بین کوپنهای موجود بیشترین سایش مربوط به زانوییها میباشد. در بین دو زانویی، زانویی جریان عمودی به افقی (شماره 2) مقدار سایش بیشتری دارد. دلیل این امر زاویه برخورد مناسبتر سیال با کوپن میباشد. طبق رابطهی آقایان ورنولد و هاسر در زاویههای برخورد 40 و 45 درجه بیشترین مقدار سایش اتفاق میافتد. زاویهی برخورد در کوپن شماره دو دقیقأ 45 درجه میباشد اما در کوپن شماره پنج زاویهی برخورد بیشتر از 50 درجه است.
در شکل زیر تأثیر سرعت سیال بر مقدار سایش زانویی شماره دو آورده شده است.
شکل (5-2). تأثیر سرعت سیال بر مقدار سایش زانویی عمودی به افقی
در شکل بالا دیده میشود که ارتباط سرعت با مقدار سایش به صورت سهمیگون است. هر چه سرعت زیادتر شده، سایش نیز افزایش یافته است. این افزایش سایش تقریبأ به صورت یک تابع درجه دو از سرعت پدید آمده است. این نتیجه کاملأ با نتایج تئوری و تجربی که قبلأ بدست آمده اند همخوانی دارد. در برخی از مقالات و نشریههای علمی و صنعتی، برای مقدار سایش یک حد مجاز در نظر گرفته شده است. این مقادیر در برخی موارد تفاوت بسیار چشمگیری با یکدیگر دارند. به طور مثال برای حد مجاز سایش مقادیر یکصدم اینچ در سال، پنج صدم اینچ در سال، یک میلیمتر در سال و حتی ده میلیمتر در سال نیز در نظر گرفته شده است. ما در اینجا مقدار کمتر یکصدم اینچ در سال را به عنوان حد استاندارد و مجاز سایش در نظر گرفته ایم.
مشاهده میشود که کمتر از سرعت 4 متر بر ثانیه، مقدار سایش در محدوده مجاز 0/18 gr⁄year قرار میگیرد. برای کوپن از جنس آلومینیوم با سختی و دانسیته ذکر شده، این مقدار تقریبأ برابر با با 0/01 in⁄year میباشد که با مقدار سرعت تعیین شده در استاندارد IPS همخوانی دارد. اما اگر از کوپن دیگری با سختی و دانسیته بیشتری مانند فولاد استفاده شود، مطمئنأ در سرعت 4 متر بر ثانیه، مقدار سایش کمتر از مقدار مجاز خواهد شد. در صورت به کار بردن کوپنهایی از جنس فولاد کربندار و یا فولاد ضدزنگ با سختی و دانسیته بالاتر میتوان سرعت سیال را در خط لوله تا 6 و یا 8 متر بر ثانیه افزایش داد. مقادیر عددی سایش برای محلهای ذکر شده نصب کوپن، در این پنج تست در جدول زیر نشان داده شده است.
جدول (5-3). سایش هر شش کوپن، در سرعتهای مختلف سیال فاقد شن برای کوپن آلومینیوم
تست
سرعت
((m)⁄s)
〖ER〗_1
gr⁄year
〖ER〗_2
gr⁄year
〖ER〗_3
gr⁄year
〖ER〗_4
gr⁄year
〖ER〗_5
gr⁄year
〖ER〗_6
gr⁄year
1
1
0/0082
0/0123
0/0092
0/0071
0/0112
0/0082
2
2
0/0317
0/0480
0/0358
0/0327
0/0470
0/0338
3
3
0/0768
0/1045
0/0810
0/0610
0/0920
0/0800
4
3/5
0/0962
0/1420
0/1147
0/0890
0/1120
0/0990
5
4
0/1157
0/1864
0/1340
0/1110
0/1780
0/1198
5-4-2- بررسی تأثیر سرعت سیال حاوی ذرات شن
بعد از انجام تستهای مربوط به سیال فاقد شن، تستهای سیال همراه با شن در دستور کار قرار گرفته است. در این قسمت به بررسی نتایج بدست آمده از سایش آب همراه با شن که غلظت ذرات شن در آب % 75/0 درصد وزنی و سایز ذرات برابر با 360 میکرون است، پرداخته شده است. نتایج در نمودار زیر قابل رؤیت است.
شکل (5-3). تأثیر سرعت سیال حاوی ذرات شن با غلظت بالا بر مقدار سایش کوپن آلومینیوم
در شکل بالا نیز روند افزایش سایش به ازای افزایش سرعت، مشابه شکل (5-1) میباشد. با این تفاوت که در اینجا سیال با ذرات شن همراه است. معمولأ غلظت شن همراه با مایع در مخازن هیدروکربنی مقداری کمتر از یک درصد وزنی است. به همین علت در این پروژه سعی شده است تا غلظت ذرات شن و سایر پارامترهای مؤثر، مشابه با شرایط واقعی در نظر گرفته شود. مقدار سایش ایجاد شده در هر سه سرعت نشان داده شده بیشتر از حد مجاز آن میباشد. این نشان دهندهی این است که وجود ذرات شن همراه با سیال تأثیر بسیار زیادی در افزایش سایش ایجاد مینماید. این تأثیر شدید در شکل زیر مشخص است.
شکل (5-4). مقایسهی سایش در دو حالت سیال فاقد شن و سیال با مقدار شن زیاد
در شکل بالا باید توجه داشت که دو حالت کاملأ حدی مد نظر قرار گرفته است. یک حالت به طور کلی فاقد شن و حالت دیگر دارای غلظت بسیا بالایی از شن میباشد. علت تفاوت چشمگیر دو نمودار به خاطر این موضوع است. اما نکتهی قابل درج این است که در هر دو نمودار سایش به صورت سهمیگون با تغییرات سرعت تغییر میکند.
5-4-3- بررسی مکانهای مختلف در خط لوله
در شکلهای بالا به صورت واضحی مشخص شد که سایش در سیستم چگونه تغییر میکند. زاویهی برخورد ذرات و نیروی وزن آنها، از پارامترهایی هستند که در سایش کوپنها تأثیر قابل ملاحظهای دارند. در تمام تستها سایش زانویی عمودی به افقی از بقیه مکانها بیشتر بوده است. بعد از آن به ترتیب کوپن مربوط به زانویی افقی به عمودی، کوپن تحتانی افقی، کوپن عمودی جریان رو به پایین و کوپن عمودی جریان رو به بالا بیشترین سایش را داشتهاند. کمترین نرخ سایش نیز مربوط به کوپن فوقانی لولهی افقی میباشد. این نشان میدهد علیرغم سرعت بالا و درهم بودن رژیم جریان در داخل لوله به سبب زیاد بودن عدد رینولدز107، ذرات در داخل چرخهی سیستم تحت تأثیر نیروی وزن قراردارند. (Re≥300000). یعنی این نیروی وزن باعث میشود در لولهی افقی ذرات بیشتر در کف لوله حرکت کنند و یا در لولهی عمودی، سرعت بیشتری در جریان رو به پایین نسبت به جریان رو به بالا داشته باشند.
شکل(5-5). نحوهی توزیع شن در جریان درون لوله، الف) لولهی افقی. ب) لولهی عمودی
در شکل زیر نیز به مقایسهی بهتری از تفاوت محل قرار گرفتن کوپنها در جریان پرداخته شده است.
شکل (5-6). مقایسهی مقدار سایش بین شش موضع نصب کوپن
همانگونه که در شکل بالا دیده میشود، اگر مقدار سایش کوپن شماره دو را که بیشتر از بقیه میباشد 100 درصد در نظر بگیریم کوپنهای دیگر به ترتیب مقادیر 70 درصد، 38 درصد، 26 درصد، 16 درصد و 7 درصد را دارا خواهند بود. این نسبت به طور متوسط در تمامی تستها دیده میشود.
5-4-4- بررسی اندازهی ذرات شن
به طور یقین میتوان گفت هرچه اندازهی ذرات بزرگتر باشد مقدار اندازه حرکت و انرژی جنبشی ذرات بیشتر خواهد بود و در نتیجه آثار بیشتری بر جای خواهد گذاشت. اما باید قدرت سیال حامل را نیز در نظر گرفت. هر سیالی در یک سرعت ثابت توانایی حمل اندازهی مشخصی از ذرات جامد را دارد. ممکن است یک مایع در سرعت 5 متر بر ثانیه بتواند ذرات شن با اندازهی 100 میکرون را حمل کند، اما یک گاز در همان سرعت نخواهد توانست این کار را انجام دهد. برای هر سیالی در سرعت ثابت یک توانایی محدودی وجود دارد. پس در واقع باید اینگونه گفت: تا زمانی که سیال قادر به حمل ذرات جامد باشد با افزایش اندازه، سایش زیاد میشود. در غیر اینصورت با افزایش اندازهی ذرات، با کاهش شدید سایش مواجه خواهیم شد. تأثیر اندازهی ذرات در آزمایشات در شکل زیر آورده شده است.
شکل (5-7). تأثیر اندازهی ذرات بر مقدار سایش
در شکل (5-7) ملاحظه میشود که روند تغییرات سایش نسبت به تغییر اندازهی شن، صعودی است. بالاتر از اندازهی 360 میکرون شیب افزایش مقدار سایش کمتر میشود و انتظار میرود بعد از اندازهی 510 میکرون این شیب کمتر نیز بشود. در اندازهی خاصی از ذرات شن، شیب این نمودار صفر خواهد شد. از آن به بعد با افزایش اندازهی ذرات در سرعت ثابت، کاهش نرخ سایش را مشاهده خواهیم کرد.
5-4-5- بررسی تأثیر غلظت شن
طبیعتأ هرچه تعداد ذرات شن در یک سیال زیادتر باشد، تعداد برخوردها نیز بیشتر بوده و در نتیجه سایش افزایش مییابد. در سیستمهای گازی، معمولأ فاکتوری

مطلب مرتبط :   پایان نامه رایگان دربارهبیماری مزمن، فیزیولوژی، ایالات متحده

دیدگاهتان را بنویسید