مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ابزار و مواد لازم:

استوانه مدرج، کرنومتر، دستگاه روتامتر که شامل روتامتر و شیر سوزنی و پمپ می باشد.

تئوری آزمایش :
شدت جریان (دبی):
مقداری از سیال که در واحد زمان از یک سطح مقطع عبور می کند، دبی نام دارد. اندازه گیری دبی جریان بسیار با اهمیت بوده که کاربرد آن از اندازه گیری دبی خون در رگ های انسان تا اندازه گیری دبی اکسیژن مایع در موشک استفاده می شود. در انتخاب وسیله اندازه گیری شدت جریان مناسب عوامل زیادی از جمله قیمت، چگالی سیال، میزان خوردگی سیال، ویسکوزیته سیال، سرعت سیال دخالت دارد. روش های اندازه گیری سیال به شرح زیر است:
روش جابجایی مثبت:
در این روش دبی یک سیال غیرفراررا با روش توزین به دست آورد. زمان لازم برای جمع آوری مقدارمعین این مایع در یک ظرف را اندازه گیری می کنند سپس مایع جمع آوری شده را به طوردقیق توزین می کنند .

روش انسدادجریان : در این روش با استفاده از وسایلی که در مسیرجریان قراردارند با ایجاد اختلاف فشارمیزان دبی را اندازه گیری می کنند دستگاه هایی که به این منظوراستفاده می شوند        

عبارت اند از:

اریفیس
ونتوری مترها
شیپورها ( نازل ها )
روتامتروسیله اندازه گیری با سطح مقطع متغیراست که شامل یک لوله ی شفاف واگرا ویک شناوراندازه گیری دبی در واقع سنگین ترازمایع می باشد این شناور وقتی جریان رو به بالا باشد به طرف بالاحرکت می کند لوله شفاف نیز مدرج است و مستقیما می توان دبی را از روی آن خواند. وجود شکاف هایی بر روی شناور باعث چرخش آن شده و لذا همواره در مرکز لوله باقی می ماند. هرچه جریان بیشتر باشد، شناور ارتفاع بیشتری می گیرد. یعنی بر اساس دبی جریان عبوری از روتامتر محل قرار گرفتن شناور متفاوت است. روی استوانه شیشه ای مدرج شده است و پس از قرار گرفتن در مسیر جریان به وسیله محل شناور میزان جریان خوانده می شود. برای سیالات بی خطر مثل آب و هوا و در دماهای عملیاتی پایین از شیشه های بور و سیلیکات برای بدنه روتامتر  استفاده می شود. جهت فشار های بالا و یا عبور مواد سمی و آتش زا استفاده از روتامتر ممنوع است. افت فشار در روتامتر ثابت است. بسته به قطر روتامتر فشار در حدود چند اینچ آب تا یک Psi می باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

دبي جريان آب

مقدار آبي که در يک ثانيه از يک منبع آب (چاه، چشمه، قنات، رودخانه، کانال و غيره) جريان پيدا مي کند دبي ، بده و يا آبدهي آن منبع مي گويند و با حرف Q نشان داده مي شود. دبي جريان آب را در سيستم متريک بر حسب متر مکعب در ثانيه ، متر مکعب در ساعت و يا ليتر در ثانيه بيان مي کنند. واحد مترمکعب در ثانيه براي دبي هاي زياد مثل رودخانه و کانال هاي بزرگ و واحد ليتر در ثانيه براي جريان هاي آب چاه ها و ابي که وارد نشتيها مي شود، بکار مي رود.

روش هاي اندازه گيري دبي جريان آب :

الف)روش اندازه گيري دبي جريان آب به روش وزني : در اين روش مقدار اب جريان يافته که از يک منبع آب را در واحد زمان بر حسب واحد وزني اندازه گيري مي کنيم.
وسايل لازم :
ظرف خالي، قپان يا ترازوي مناسب براي توزين و کرونومتر

شرح آزمايش :
ظرف خالي که وزن آن قبلاً تعيين شده باشد را در زير جريان آب قرار داده وحدت زماني را که طول مي کشد از آب پر شور شود(t) مشخص مي کنيم، سپس ظرف توأم با آب را با ترازوي و يا قپان وزن کرده و با استفاده از فرمول زير دبي را محاسبه مي کنيم.
Q = دبي يا بده جريان بر حسب ليتر در ثانيه
P1 = وزن خالي ظرف kg
P2 = وزن ظرف + آب kg
T = زمان بر حسب ثانيه
Y = وزن مخصوص آب بر حسب kg/I

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نگاهی به جریان سیال در لوله ها سيالات موادي هستند كه شكل ظرفي را كه درون آنها قرار دارند، به خود مي‌گيرند و لذا براي انتقال آنها، به محيطي واسطه نياز داريم. بشر از ديرگاه براي انتقال سيال بصورت پيوسته از لوله استفاده مي‌نمود. لوله ها در طولها، اشكال و اندازه‌هاي مختلف بكار ميروند . آيا تا به حال به شكل لوله ها توجه كرده‌ايد ؟ زياد شدن طول لوله يا قطر لوله ها چه اثري بر روي انتقال سيال و ميزان مصرف انرژي خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقيم استفاده مي‌كنند؟ اگر لوله ها را خم كنند يا حتي بپيچانندچه تغييري در جريان مشاهده مي‌كنيم؟
گاهي از اوقات لوله حاوي سيال را گرم و يا سرد مي‌كنند و با اين عمل ، از لوله يك مبادله گر حرارتي ميسازند. با توجه به اين موضوع به سوالات بالا چنين پاسخ مي‌دهيم.
لوله در اينجا مجرايي است كه سيال در داخل آن جريان مييابد و همزمان گرم يا سرد نيز مي‌شود. هنگامي كه سيال لزجي وارد مجرايي ميشود ، لايه مرزي، در طول ديواره تشكيل خواهد شد. لايه مرزي بتدريج در كل سطح مقطع مجرا توسعه مييابد و از آن به بعد به جريان، كاملا توسعه يافته (فراگير ) گفته مي‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از 10 برابر قطر لوله باشد آنگاه جريان توسعه يافته شده است.
اگر ديواره مجرا گرم يا سرد شود، لايه مرزي گرمايي نيز در طول ديواره مجرا توسعه خواهد يافت.
اگر گرمايش يا سرمايش، از ورودي مجرا شروع شود ، هم نمودار توزيع سرعت و هم نمودار توزيع دما بصورت همزمان توسعه مي‌يابند. مسأله انتقال گرما در اين شرايط ، به مسأله طول ورودي هيدرو ديناميكي و گرمايي تبديل مي‌شود كه در بر گيرنده چهاذ حالت مختلف است و به اينكه هر كدام از دو لايه مرزي سرعت و دما در چه وضعيتي بسر مي‌برند(( كاملا توسعه يافته و يا در حال توسعه)) بستگي دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

آبراهه‌هاى غيرفرسايشى
کانال‌هائى که بدنه آنها با بتن يا مواد سخت ديگر ساخته شده باشد به‌نام کانال‌هاى غيرفرسايشى ناميده مى‌شوند. ابعاد اين کانال‌ها بر اساس فرمول‌هاى جريان يکنواخت، و در نظر داشتن کارائى هيدروليکى به‌دست مى‌آيد.

حداقل سرعت مجاز
حداقل سرعت مجاز در کانال‌هاى غيرفرسايشى به ‌سرعتى گفته مى‌شود که مى‌بايست در کانال تأمين شود تا مواد معلقى که همراه آب وجود دارند در کانال ته‌نشين نشوند. همچنين اين سرعت اجازه ندهد جلبک‌ها و گياهان آبزى مشابه د کانال استقرار يافته و رشد نمايند. رسوب سيلت و مواد معلق در کانال و يا رشد جلبک‌ها باعث مى‌شود که کانال از نظرسطح مقطع تغيير شکل بدهد و جريان آب از حالت يکنواخت خارج شود. تجربه نشان داده است که حداقل سرعت در کانال‌هاى غيرفرسايشى حدود ۶/۰ تا ۹/۰ متر در ثانيه است.
معادله مانينگ که سرعت آب توسط آن محاسبه مى‌شود نشان مى‌دهد که سرعت تابعى از شيب کف کانال است و چون شيب کانال بسته به شيب زمينى است که کانال درآن ساخته مى‌شود بنابر اين مهندس طراح بايد کنترل کند که آيا شيب زمين مى‌تواند چنان سرعتى را در کانال ايجاد کند از حداقل سرعت مجاز کمتر نباشد يا خير؟
بهترين مقطع هيدروليکى
معادله‌هاى تجربى که در طراحى کانال‌ها استفاده مى‌شود- مانند معادله مانينگ - مى‌بايست در ارتباط با توازن بين نيروهاى ثقلى که آب را به جلو حرکت مى‌دهد، و نيروهاى مقاومت بدنه کانال، که باعث کندى حرکت آب مى‌شود، باشد. کاراترين کانال از نظر انتقال آب کانالى است که به ازاء سطح مقطع مشخص کوچک‌ترين محيط خيش شده را داشته باشد. در هر شکل هندسى کاراترين کانالى که بتواند مقدار بيشترى آب را از خود عبور دهد بهترين مقطع هيدروليکى گفته مى‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تفاوت بين جريان آب در کانال‌هاى روباز و لوله‌هاى تحت فشار را مى‌توان با بررسى دقيق معادله برنولى مشخص کرد. معادله برنولى براى دو نقطه ۱ و۲ از مسير آب به‌شرح زير است:
(معادله ۱):     y₁ + Z₁ + (V₁²) / 2g = y₂ + Z₂ + (V₂²) / 2g + (h_f)1-2
در اين معادله:
y = عمق جريان نسبت به کف آبراهه (ديمانسيون، L)
Z = رقوم ارتفاعى کف آبراهه نسبت به سطح مقايسه (ديمانسيون، L)
V = سرعت جريان (L/T)
h_f = افت اصطکاک (L)
و انديس‌هاى ۱ و۲ نشان‌دهنده موقعيت نقاط ۱ و ۲ و علامت ۲-۱ نشان‌دهنده فاصله بين نقاط ۱ تا ۲ مى‌باشد. اين معادله مشابه معادله جريان در لوله‌هاى تحت فشار مى‌باشد. با اين تفاوت که در آن به‌جاى فشار (P/y) در مورد لوله‌ها، عمق آب نوشته شده است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

رابطه بين فشار و دبى قطره‌چکان‌ها تابعى از رژيم جريان آب است. رژيم جريان نيز خود با مشخصه‌اى به نام عدد رينولد تعيين مى‌گردد. عدد رينولد از فرمول (۱) محاسبه مى‌شود:
(معادله ۱):     RN = VD / 1000ν
که در آن:
RN = عدد رينولد (بدون بعد)
V = سرعت جريان (m/s)
D = قطر قطره‌چکان (mm)
ν = لزجت سينماتيک آب (m2/s)
لزوجت سينماتيک آب در دماى ۲۰ درجه سانتى‌گراد به‌طور استاندارد برابر 1x10-6 m2/s در نظر گرفته مى‌شود. برحسب عدد رينولد براى جريان آب چهار نوع رژيم در نظر گرفته مى‌شود عبارتند از:
الف- جريان ورقه‌اى که درآن عدد رينولد کوچک‌تر يا مساوى ۲۰۰۰ است (Rn ≥2000 )
ب- جريان ناپايدار که در آن عدد رينولد بيش از ۲۰۰۰ و کوچک‌تر يا مساوى ۴۰۰۰ مى‌باشد ( 4000 ≥ RN > ۲۰۰۰ )
ج- جريان نيمه آشفته که عدد رينولد در آن بزرگ‌تر از ۴۰۰۰ و کوچک‌تر يا مساوى ۱۰۰۰۰ مى‌باشد. ( 10,000 ≥ RN > 4000)
د- جريان آشفته کامل که عدد رينولد در آن بزرگتر از ۱۰۰۰۰ مى‌باشد (10,000 < RN) رابطه بين عدد رينولد با ضريب بدون بعد اصطکاک (f) توسط دياگرام مودى که در فصل مربوط به طراحى سيستم لوله‌ها آمده است مشخص شده است. ضريب اصطکاک عبارت است از:
(معادله ۲):     f = h_f / (L/D)(v² / 2g)
که در آن:
hf = افت بار در اثر اصطکاک (m)
L = طول لوله يا قسمتى از مجراى عبور آب که افت اصطکاک براى آن محاسبه مى‌شود (m)
D = قطر لوله يا مجراى مورد نظر (m)
v2 / 2g = ارتفاع نظير سرعت (m)
اگر به دياگرام مودى توجه کنيد مشاهده مى‌شود که برا جريان‌هاى ورقه‌اى رابطه ضريب اصطکاک و عدد رينولد به‌صورت خطى و براى جريان‌هاى نيمه آشفته اين رابطه منحنى است. در جريان‌هاى آشفته کامل صرف‌نظر از اينکه عدد رينولد چه مقدرا باشد ضريب اصطکاک ثابت باقى مى‌ماند. در طراحى سيستم لوله‌ها برقرارى رژيم ناپايدار عملى نمى‌باشد. البته اين امر چندان هم مهم نيست و فقط بايد به اين نکته توجه داشت که طراحى طورى صورت نگيرد که جريان در حالت ناپايدار باشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هيدروليک لاترال‌ها

هيدروليک سيستم‌هاى توزيع آب در آبيارى قطره‌اى در لوله‌هاى اصلى و لاترال مشابه ساير سيستم‌ها است. بدين‌صورت که افت اصطکاک با همان روشى که در مورد آبيارى بارانى گفته شد محاسبه مى‌شود. پمپ بايد بار فشار لازم را طورى تأمين کند که جوابگوى افت اصطکاک در لوله‌هاى توزيع، فيلترها و وسايل کنترل بوده علاوه بر اين درصروت اختلاف ارتفاع، آن را نيز جبران نمايد و سرانجام در قطره‌چکان‌ها به اندازه طراحى شده فشار موجود باشد.
در محاسبه افت اصطکاک در لاترال ابتدا مقدار افت در لوله با اين فرض که هيچگونه دبى از امى‌رها خارج نشود محاسبه شده (hf) سپس مقدار واقعى افت اصطکاک با در نظر گرفتن اين واقعيت که دبى لاترال از ابتدا تا انتها به دليل خروج آب از قطره‌چکان‌ها به‌تدريج کاهش مى‌يابد

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

مطالعه سیالات درگیر

حدود چند دهه ای است که استفاده از تکنیک مطالعاتی سیالات درگیریا فلوئید اینکلوژن در علوم مرتبط با زمین شناسی به خوبی رواج یافته است. فلوئید اینکلوژن ها، واکوئل های پرشده از سیال هستند که در اغلب موارد در زمان تشکیل بلور به دام می افتند. ساده ترین حالتی که می توان برای به وجود آمدن آنها درنظر گرفت تشکیل آنها درون نقص های بلوری است که به علت رشد ناقص کریستال ها به وجود می آیند. به طور معمول فلوئید اینکلوژن ها در همه کانی ها وجود دارند، اما به علت یک سری شرایط خاص، مطالعه آنها معمولاً به کانی های شفاف و نیمه شفاف محدود می گردد. فلوئید اینکلوژن ها از نظر منشأ به سه گروه اولیه، ثانویه و ثانویه کاذب تقسیم می گردند. انواع اولیه معمولاً در امتداد زون های رشد و یا در محل نقص بلوری که در هنگام رشد بلور به وجود می آید تشکیل گردیده و انواع ثانویه در امتداد شکستگی های بسیار ریزی که بعد از رشد بلور به وجود می آیند، به دام می افتند. فلوئید اینکلوژن های ثانویه کاذب مشابه انواع ثانویه تشکیل گردیده با این تفاوت که ایجاد شکستگی و پر شدن آن هم زمان با رشد بلور صورت می گیرد. به طور کلی مطالعه فلوئید اینکلوژن ها در دو مبحث عمده پتروگرافی و میکروترمومتری خلاصه می گردد. در مبحث پتروگرافی، اندازه، شکل و مورفولوژی محتویات درون فلوئید اینکلوژن ، منشأ و نسبت فاز مایع به بخار مورد بررسی قرار می گیرد. در مبحث میکروترمومتری، سیالات درگیر تحت تأثیر مراحل گرمایش و سرمایش قرار گرفته (196ــ تا 600+) و با توجه به تغییر رفتار فازهای درون آنها، پارامترهای لازمه برداشت می گردد.

از مهم ترین این پارامترها اندازه گیری دمای همگن شدن درجه ذوب اولیه و درجه ذوب نهایی می باشد که با استفاده از تعبیر و تفسیر و پردازش این داده ها توسط نرم افزار های مربوطه، اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره دما، ترکیب و میزان شوری سیال اولیه به دست می آید. در یک سیکل حرارتی، ابتدا فلوئید اینکلوژن را سرد کرده به طوری که کامل یخ ببندد و سپس دما رفته رفته افزایش می دهیم. دمایی که اولین بلور یخ ذوب گردد تحت عنوان نقطه یوتکتیک ( (e t گفته می شود که با توجه به آن می توان به طور کیفی ترکیب نمک های درون سیال را از روی جداول استاندارد تعیین نمود. سپس دما را افزایش داده تاجایی که تمام یخ ذوب گردد. دمایی که بلور یخ به طور کامل ذوب شدتحت عنوان درجه ذوب نهایی Tmice اندازه گیری شده و با توجه به دیاگرام فازی هر سیال، درصد شوری آن بر حسب درصد وزنی NaCl محاسبه می گردد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب