پایان نامه با کلید واژگان نرم افزار، اندازه گیری، الگوریتم ژنتیک

(3-11)
همچنین زاویهی برخورد نیز با داشتن اطلاعات ژئومتری لوله به فرم زیر بدست میآید:
sin⁡(θ)= √(1-〖(1+1/(2(r⁄(ID))))〗^(-2) ) (3-12)
فصل چهارم
سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایشها
سیستم آزمایشگاهی و نحوهی انجام آزمایشها
در این فصل به بررسی و نحوهی ساخت دستگاه آزمایشگاهی سنجش سایش و طراحی و چگونگی انجام آزمایشات پرداخته میشود.
4-1- طراحی سیستم آزمایشگاهی97
جهت طراحی سیستم آزمایشگاهی در این پروژه، تا حدودی از دستگاه سنجش سایش ساخته شده در مرکز تحقیقات سایش و خوردگی در دانشگاه تولسا الگو برداری شده است. در ابتدا به شرح تجهیزات به کار رفته در این سیستم میپردازیم.
4-1-1- تجهیزات اصلی
این دستگاه از یک مخزن اصلی 250 لیتری، چند عدد پمپ سانتریفیوژ استیل، یک همزن قوی با دور 900 rpm ، چندین متر لولهی گالوانیزه ضد زنگ یک اینچ، یک عدد فشار سنج، چند عدد شیر تک ضرب، چندین زانویی و سهراهی، دو عدد شیر تنظیم دبی و دیگر تجهیزات لوله کشی تشکیل شده است. این مجموعه به صورت یک سیکل مطابق شکل (4-1) گرد آمده است.
شکل(4-1). دستگاه سیکل جریان سیال برای اندازه گیری سایش در خطوط لوله
4-1-2- تجهیزات جانبی
برای محاسبهی میزان سایش در این پروژه از کوپن استفاده شده است. کوپنها از دو جنس آلومینیوم و فولاد کربندار انتخاب شده و بر اساس استانداردهای موجود، توسط مجریان پروژه ساخته شدهاند. در شکلهای زیر، کوپنها و ابعاد آنها نشان داده شده است.
شکل(4-2). کوپنهای استفاده شده در آزمایشات
شکل (4-3). شماتیکی از کوپن و ابعاد آن
دانسیته، سختی و سطح ویژه، از مشخصههای اصلی هر کوپن میباشد. برای کوپنهای آلومینیومی استفاده شده، میزان سختی برابر با 127 Brinell و دانسیته، 2750 kg⁄m^3 اندازهگیری شده است. در حالی که سختی کوپنهای فولادی برابر با 191 Brinell و دانسیته آنها 7830 kg⁄m^3 میباشد. مساحت سطح مقطع هر دو نوع کوپن نیز برابر با 255 〖(mm)〗^2 میباشد. کوپنها طوری در سیستم قرار داده میشوند که فقط سطح مقطع مذکور مورد سایش قرار میگیرد. در ادامه به شرح آن میپردازیم.
کوپنها توسط یک پیچ که نقش نگهدارنده98 را دارد، در سیستم قرار میگیرند. این پیچ به یک بست99 متصل میشود. بست، یک نیملوله میباشد که سایز آن یک شماره از سایز لولههای اصلی بزرگتر است تا بتواند به طور کامل روی آن قرار گیرد. یک واشر کشسانی نیز بین بست و لوله جهت آببندی سیستم قرار میگیرد. هر بست نیز توسط دو گیره روی لوله محکم میشود. شکلهای زیر بیان کننده این توضیحات هستند.
شکل (4-4). نحوه اتصال بست، پیچ و واشر به یکدیگر
نحوهی اتصال کوپن به پیچ و قرار گرفتن روی بست در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل (4-5). سوار شدن کوپن روی پیچ نگهدارنده
شکل (4-6) نیز نحوهی قرار گرفتن کوپن در جریان داخل لوله را نشان میدهد.
شکل (4-6). نحوهی قرار گرفتن کوپن در: الف) زانویی، و ب) لوله عمودی
کوپنها به گونهای در جریان قرار میگیرند که سطح مورد سایش، هم سطح جدارهی داخلی لوله واقع شود. در واقع نصب کوپنها در دستگاه مطابق آنچه در شکل (2-10) نشان داده شده است، نمیباشد. اگر کوپنها را مطابق آنچه که در شکل (2-10) نشان داده شده در سیستم قرار دهیم، مقدار سایش ایجاد شده مقدار کاذبی خواهد بود. زیرا وقتی کوپن در وسط مجرای عبور جریان قرار میگیرد، بیشترین مقدار سایش را خواهد داشت. این حالت فقط برای تجهیزاتی مثل شیرها و چوکها پیش میآید. در این پروژه سایش خطوط مرکزی جریان مد نظر قرار نگرفته است. موارد سایش مورد ارزیابی در این پروژه، لولههای صاف افقی و عمودی و زانوییها میباشد. در شکل زیر مکانهای بررسی سایش در این پروژه نشان داده شده است.
شکل (4-7). محل و نحوهی قرار دادن کوپنها در جریان
4-1-3- ذرات شن و ماسه
برای تهیه ذرات شن و ماسه برای انجام آزمایشات در اندازههای مختلف، از غربالهای (الک) آزمایشگاهی استفاده شده است. با توجه به تعداد غربالها، چهار اندازهی مختلف شن با متوسط اندازههای 125 و 225 و 360 و 510 میکرون به دست آمده است.
شکل (4-8). ذرات شن در اندازههای مختلف
4-1-4- اندازه گیری وزن
برای سنجش میزان سایش ایجاد شده، در این پروژه از روش توزین نمونهها استفاده شده است. فرآیند سایش یک فرایند زمانبر میباشد و برای سایش یک ماده، زمان قابل ملاحظهای لازم است. در طول یک تست چند ساعته به راحتی نمیتوان سایش ایجاد شده را اندازه گرفت. برای اندازهگیری سایش ایجاد شده در یک تست کوتاه مدت، به یک ترازو با دقت بسیار بالا نیاز است، به طوری که کوپنها قبل و بعد از هر تست باید توزین شوند. برای این کار از ترازوی موجود در شرکت استاندارد و تحقیقات صنعتی استان فارس استفاده شده است. دقت این ترازو تا پنج رقم اعشار بر حسب گرم میباشد که در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل(4-9). ترازوی استفاده شده برای توزین کوپنها با دقت پنج رقم اعشار
4-2- نحوهی انجام آزمایش
برای بررسی سایش در سیستم طراحی شده، شش نقطه اصلی مد نظر قرار گرفته است که عبارت است از:
1- جدارهی داخلی لوله عمودی و جهت جریان رو به بالا
2- زانویی با زاویه 45 درجه، ورودی جریان رو به بالا و خروجی آن افقی
3- جدارهی داخلی لوله افقی (قسمت تحتانی جریان)
4- جدارهی داخلی لوله افقی (قسمت فوقانی جریان)
5- زانویی با زاویه 45 درجه، ورودی جریان افقی و خروجی آن رو به پایین
6- جدارهی داخلی لوله عمودی و جهت جریان رو به پایین
مکانهای نصب کوپن به گونهای انتخاب شدهاند که جریان سیال در آن نقاط به حالت یکنواخت خود رسیده باشد و در اصطلاح، جریان کاملأ توسعه یافته باشد.100
در شکل زیر شماتیکی از سیستم آزمایشگاهی و محل قرار گرفتن کوپنها نشان داده شده است.
شکل (4-10). سیستم آزمایش و مکان نصب کوپنها
همانگونه که در شکل ملاحظه میشود، ذرات شن، به مایع درون مخزن اضافه گردیده و توسط همزن الکتریکی کاملأ مخلوط میشوند. مخلوط مایع و شن توسط پمپ به خطوط لوله انتقال داده میشود و پس از عبور از سیکل و اثر بر روی کوپنها دوباره به مخزن باز میگردد. ارتفاع سطح مایع در مخزن توسط لولهی شفاف تعبیه شده، قابل رؤیت است. این لولهی شفاف با استفاده از یک متر مدرج شده است. از تغییر ارتفاع سیال در زمان خاصی، شدت جریان مایع101 (دبی) محاسبه میشود. تنظیم دبی جریان با استفاده از شیرهای کنترل نشان داده شده در شکل انجام میشود.
به علت آنکه پمپهای استفاده شده در این پروژه قابلیت کارکرد در مدت زمان طولانی را ندارند، مدت زمان هر تست 2 الی 3 ساعت میباشد. به علت لزومت یکنواخت بودن غلظت ذرات شن در داخل سیستم، در مدت زمان انجام هر تست همزن الکتریکی روشن بوده و متوقف نمیشود.
برای گرفتن هر تست، شش کوپن موجود در ابتدا شسته میشوند و سطح آنها با سمبادههای بسیار نرم کاملأ به صورت صاف و صیقل داده شده در میآید. سپس کوپنها توزین میشوند و وزن هر یک در دفترچهی آزمایش ثبت میشود. بعد از توزین باید با احتیاط لازم کوپنها را بر پیچ نگهدارنده و بست توضیح داده شده سوار نمود و وارد لوله کرد. رعایت جانب احتیاط به سبب دقت بالای توزین میباشد. چون وزن هر کوپن با دقت پنج رقم اعشار گرفته میشود، ضربه و یا خراش بسیار کوچکی، می تواند منجر به کاهش و یا افزایش وزن ارقام کوچکتر اندازهگیری شود و نتیجهی آزمایش با خطای زیادی همراه شود. بعد از اتمام تست، کوپنها را از پیچ نگهدارنده باز کرده و مجددأ شستشو میدهیم. در ابتدا کوپنها را با آب شستشو داده و بعد با الکل نیز میشوییم. بعد از خشک شدن کوپنها، آنها را وزن کرده و وزن ثانویه هر یک را در دفترچهی آزمایش ثبت میکنیم. تفاوت وزن اولیه و ثانویه هر کوپن، میزان ساییده شدن آن را به ما خواهد داد.
برای ایجاد سرعتهای مختلف، از چند پمپ گریز از مرکز به صورتهای مختلف سری و موازی استفاده شده است.
4-3- طراحی آزمایشها102
یکی از مهمترین مسائلی که امروزه در مباحث مهندسی بیان میشود، مبحث طراحی آزمایشها است. در همه فرایندها، آزمایش به منظور کسب اطلاعات در مورد یک یا چند متغیر خاص انجام میشود. در واقع با انجام آزمایش میتوان با اعمال تغییرات روی متغیرهای ورودی و عوامل کنترلی مؤثر در انجام آزمایش، تغییرات به وجود آمده روی پارامتر مورد نظر را مورد بررسی قرار داد. از آنجا که برخی از عوامل، که توسط آزمایشگر به عنوان عوامل مؤثر تشخص داده میشوند و تغییرات روی آنها انجام میگیرد، تأثیر چندانی روی متغیر مورد نظر نداشته و تنها باعث از بین رفتن وقت و هزینه شود. طراحی آزمایشها برای حل این مشکل مورد استفاده قرار میگیرد. در واقع طراحی آزمایشها با تشخیص عوامل مؤثر در انجام آزمایشها و تعیین سطوح مختلف این عوامل، با حداقل تعداد آزمایشها دستیابی به نتایج مورد نظر را امکانپذیر کرده است. برای طراحی آزمایشها در این پروژه از نرم افزار طراحی آزمایش Design-Expert 7.0.0 Trial103 استفاده شده است.
4-3-1- متغیرهای مورد مطالعه در آزمایش
همانطور که قبلأ و در فصول قبل مطرح شد، پارامترهای تأثیرگذار بر سایش عبارتند از: سرعت جریان، دانسیته و ویسکوزیتهی سیال، اندازه و غلظت و سختی ذرات شن، دانسیته و سختی و نوع مادهی مورد نظر، زاویهی برخورد ذرات با ماده هدف و …
ما در این آزمایشات پارامترهای سختی و دانسیتهی فلز هدف، سایز و غلظت ذرات شن، سرعت جریان و زاویهی برخورد را مورد ارزیابی قرار دادهایم.
سرعتهای مورد آزمایش عبارتند از: 1 و 2 و 2.35 و 3 و 3.35 و 4 متر بر ثانیه
ذرات شن در سایزهای 125 و 225 و 360 و 510 میکرون مورد آزمایش قرار گرفتهاند. برای غلظت ذرات شن در مخزن مقادیر 25/0 و 5/0 و 75/0 درصد وزنی (یعنی حداکثر وزن شن به یک درصد وزن آب موجود نیز نمیرسد.) لحاظ شده است. کوپنها نیز از جنس آلومینیوم و فولاد، با سختی و دانسیتههای نام برده در قسمت قبل مورد آزمایش قرار گرفته است.
در فصل بعد به جزییات هر تست و نتایج بدست آمده پرداخته میشود.
فصل پنجم
نتایج و بررسی دادههای آزمایش
نتایج و بررسی دادههای آزمایش
5-1- فرآیند تحقیق
فرآیند این تحقیق را میتوان در چهار مرحله به صورت زیر بیان کرد.
1- طراحی آزمایش با استفاده از نرم افزار
2- انجام آزمایشات و تکرار برخی از آنها به منظور کاهش خطای ایجاد شده
3- آنالیز و بررسی دادههای بدست آمده از آزمایش
4- مدل کردن نتایج آزمایش و بدست آوردن یک رابطهی مناسب جهت گزارش نرخ سایش با استفاده از الگوریتم ژنتیک104 در نرم افزار متلب105
در این فصل به بررسی نتایج حاصل از این چهار بخش در فرآیند سایش پرداخته میشود.
5-2- روند آزمایش
در ابتدا کوپنها شستشو داده شده و بعد از خشک شدن، وزن میشوند. و بعد به ترتیب نشان داده شده در فصل قبل روی سیستم قرار میگیرند. مرحلهی بعدی اضافه کردن 50 لیتر آب به مخزن اصلی است. ( این مقدار به جهتی انتخاب شده است که به الکترو موتور هم زننده فشار زیادی وارد نشود ). بعد از اضافه شدن آب، نوبت افزودن ذرات شن به داخل مخزن میباشد. به توجه به میزان غلظت، شن موجود وزن شده و به آن اضافه میگردد. بعد از آن، همزن الکتریکی به کار میافتد. در قسمت زیرین مخزن چهار خروجی قرار داده شده که قابلیت قرار گرفتن چهار پمپ به طور همزمان را فراهم میکند. با توجه به دبی مورد نیاز برای آزمایش مربوطه، تعداد مشخصی از این پمپها در مدار قرار میگیرد و تست آغاز میشود. همانطور که قبلأ

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه ارشد درموردبهره بردار، نرم افزار، اشتراک دانش

دیدگاهتان را بنویسید