جریان گذرا با کاهش آنی دبی جریان ناشی از بسته شدن سریع شیر یا از کار افتادن پمپ در شبکه های آبرسانی ایجاد می شود. جریان گذرا با ایجاد کردن موج های فشاری زیاد و کم، ممکن است به خطوط لوله آسیب برساند. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی در مطالعات پیشین نشان می دهد که مدل های اصطکاک شبه ماندگار با فرض یکنواخت و یک بعدی بودن پروفیل سرعت، قادر به پیش بینی صحیح فرآیند اتلاف انرژی امواج فشاری نیستند. بنابراین، هدف از این تحقیق، بررسی پروفیل سرعت در مقطع انتهایی لوله برای رسیدن به درک صحیح از جریان گذرا می باشد. به علاوه، این پژوهش با استفاده از روش خطوط مشخصه، توانایی مدل های اصطکاک غیرماندگار بر پایه ای شتاب لحظه ای در پیش بینی نمودن تاریخچه فشاری حاصل از جریان گذرا را ارزیابی می کند. به منظور رسیدن به این اهداف، از یک خط لوله PVC با قطر داخلی 63 میلیمتر در دو طول مختلف 40 و 80 متر استفاده شده است. همچنین، یک شیر توپی برای ایجاد جریان گذرا در انتهای خط لوله نصب شده است. در مدت زمان عبور جریان گذرا از خط لوله، داد ه های پروفیل سرعت و نوسانات فشار دینامیکی توسط دستگاه سرعت سنج الکتروسونیک داپلر و ترانسدیوسرهای فشار جمع آوری می شدند. نتایج آزمایش ها نشان از وجود جریان برگشتی در پروفیل سرعت و گرادیان بزرگ سرعت در نزدیکی جدار لوله میباشد. به علاوه، نتایج نشان داد که مدل های تجربی با دو ضریب اصلاحی، تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی ایجاد می کند. ترم ¶V / ¶t در مدل های اصطکاک غیرماندگار بر فاز زمانی امواج فشاری و ترم ¶V / ¶x بر میزان افت امواج موثر می باشد. بعلاوه، ضریب ترم شتاب زمانی kt در محدوده 0.0037 تا 0.006 متغیر بوده درحالیکه مقدار ضریب ترم شتاب مکانی kx در محدوده 0.0325 تا 0.052 تغییر می کند.

پژوهش حاضر به معرفی و مدل سازی اثرات ویسکوالاستیک در جریان های گذرا در لوله های پلیمری رایج در شبکه های آبرسانی می-پردازد. خواص ویسکوالاستیک سبب بروز ترم های جدیدی در معادلات سازگاری حاکم بر جریان های گذرا می شود که مدل ها موجود فاقد آن هستند. بر این اساس معادلات سازگاری برای خواص ویسکوالاستیک بازنویسی شده و با به کارگیری روش خطوط مشخصه در ترکیب با تفاضل محدود تحلیل می شوند. به منظور واسنجی پارامترهای مجهول نظیر ضرایب افت و خزش و صحت سنجی مدل عددی توسعه یافته، یک مدل آزمایشگاهی از شبکه آبرسانی ویسکوالاستیک در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران ساخته شد. شبکه آزمایشگاهی از شش حلقه مربعی که هر حلقه به صورت یک مربع m3m X3 می باشد تشکیل شده است. لوله ها از نوع پلی اتیلن با قطر اسمی 50 میلی متر و ضخامت 5/5 میلی متر است. در مدت زمان عبور جریان گذرا از شبکه لوله، نوسانات فشار دینامیکی توسط ترانسدیوسرهای فشار جمع آوری می شدند. با به کارگیری روش تحلیل معکوس جریان گذرا و استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مجهول مسئله شامل ضرایب افت ناماندگار و ضرایب ویسکوالاستیک برای شرایط مختلف محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد که مدل کلاسیک ضربه قوچ به هیچ عنوان قادر به شبیه سازی نوسانات فشار در لوله های پلی اتیلن نمی باشد. در واقع مدل سازی دو اثر دینامیکی افت ناماندگار و ویسکوالاستیک برای این لوله ها بسیار ضروری است. همچنین نتیجه گرفته می شود که اثرات ویسکوالاستیک نقش بسیار پررنگ و مهم تری نسبت به افت ناماندگار در شکل گیری سیگنال های ضربه قوچ بازی می کنند تا جایی که در نظر گرفتن آن به تنهایی می تواند به پاسخ های قابل قبولی دست یافت

روش های روندیابی نشت از راه دور در لولههای پرفشار، بر پایه تحلیل نوسانات فشاری ایجاد شده طی جریان گذرا میباشند. از این رو مطالعه و درک جریانهای گذرا میتواند منجر به بهبود کاربردهای عملی جریان گذرا به عنوان یک منبع اطلاعاتی و به طور همزمان کاهش اثرات مخرب این دسته از جریانها بر خط لوله و نیز تجهیزات متصل به آن شود. بدین منظور در مقاله حاضر تلاش شده است با مدل سازی جریان گذرا با وجود نشت به صورت دوبعدی، رفتار جریان و نیز پارامترهای آشفتگی در سیکلهای مختلف جریان گذرا تحلیل شوند. مدل عددی پیشنهادی برپایه طرح تفاضل محدود بوده و در آن برای از بین بردن پراکندگی عددی از روش انتقال شار تصحیح شده استفاده شده است. به منظور مطالعه رفتار آشفتگی در جریان و استهلاک انرژی ناشی از آن، مدل آشفتگی k-ω به مدل دوبعدی جریان گذرا کوپل شده و اثر نشت نیز به مدل دوبعدی جریان گذرا در دو قسمت ماندگار و ناماندگار مدل اضافه شده است. با حضور نشت در جریان گذرا، تغییر قابل توجهی در رفتار پروفیل سرعت و پارامترهای آشفتگی در سیکلهای رفت و برگشتی جریان مشاهده میشود. در سیکلهای اولیه جریان گذرا مقادیر پارامترهای مختلف در بالادست نشت به مرور کاهش و در پایین دست آن افزایش اندکی خواهد داشت تا زمانی که این دو جریان با هم به تعادل برسند از آن پس آشفتگی از کنارههای جداره شروع به گسترش در لایههای میانی کرده و با سپری شدن زمان، بزرگی آن کاهش مییابد.

اشتراک گذاری دقیق توان بار و تنظیم ولتاژ دو هدف کنترلی حیاتی برای اطمینان از کیفیت توان و عملکرد قابل اعتماد ریزشبکه های جزیره ای هستند. اگر چه تنظیم ولتاژ را می توان با استفاده از یک حلقۀ کنترل ثانویه به دست آورد، اما عدم دقت اشتراک توان راکتیو به دلیل متفاوت بودن امپدانس خطوط متصل به منابع تولید پراکنده، موضوعی برجسته است. یکی از تکنیک ها برای اشتراک دقیق توان راکتیو اصلاح ولتاژ مرجع تولیدی روش کنترل افتی می باشد. در این مقاله، یک استراتژی کنترلی برای بهبود دقت اشتراک توان راکتیو میان واحدهای تولید پراکنده ریزشبکه های جزیره ای پیشنهاد شده است. روش کنترل پیشنهادی مبتنی بر تزریق جریان راکتیو گذرا برای اصلاح ولتاژ مرجع تولیدی روش کنترل افتی می باشد. خطای اشتراک توان راکتیو با تغییر ولتاژ مرجع کاهش می یابد. علاوه بر این، کنترل کننده پیشنهادی به لینک ارتباطی بین منابع تولید پراکنده برای پیاده سازی نیاز ندارد. تأثیر کنترل کننده پیشنهادی بر پایداری سیستم با استفاده از مدل سیگنال کوچک مرتبه کاهش یافته نشان داده شده است. برای ارزیابی عملکرد و اثربخشی استراتژی کنترل پیشنهادی، آن را بر روی یک ریزشبکه جزیره ای متشکل از سه واحد تولید پراکنده پیاده سازی می کنیم. نتایج شبیه سازی عملکرد و کارایی مناسب روش پیشنهادی را نشان می دهد.

نشت در سیستم های انتقال و شبکه های توزیع، علاوه بر هدررفت آب و انرژی، موجب کاهش کیفیت آب به دلیل تماس با آلاینده ها در شرایط کم فشار می شود. جاده ها بناها و زیرساخت ها نیز در اثر نشت زیان می بینند. بنابراین، تعیین و کنترل نشت به دلیل تأثیرات منفی اقتصادی، محیط زیستی، ایمنی و اجتماعی آن، یکی از مباحث مهم و پیچیده در مهندسی سیستم های آبرسانی است. در این پژوهش به ارزیابی و تشخیص نشت بر پایه جریان گذرا در خطوط لوله پلی اتیلن پرداخته شد. برای این منظور در ابتدا یک مدل حل معکوس جریان گذرا توسعه داده شد و سپس برای ارزیابی این مدل، یک مدل آزمایشگاهی برای برداشت داده های مورد نیاز نشت های شبیه سازی شده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز ساخته شد و مجموعه ای از داده های نشت در دو مکان و با اندازه های مختلف برای ارزیابی روش حل معکوس مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با استفاده از یک سیکل (T=4L/a) از سیگنال فشار برداشت شده در مدل حل معکوس، مکان نشت برای نشت های قابل توجه، با خطای بین 17/0 تا 17/2 درصد طول لوله قابل تشخیص است. همچنین با استفاده از دو سیکل (2T) از سیگنال فشار، اندازه نشت با خطای قابل قبولی کمتر از 23 درصد اندازه واقعی نشت قابل تشخیص است. علاوه بر این، مقایسه داده های آزمایشگاهی با نتایج مدل هیدرولیکی در شرایط مختلف نشان می دهد که مدل عددی، تنها با اضافه کردن اثرات ویسکوالاستیک دیواره لوله، فشار گذار را با دقت خوبی توصیف می کند.

کنترل و کاهش نشت موضوع جدید و جذابی برای متخصصین و مسئولین این زمینه از علم هیدرولیک می­باشد. نگرانی ها در مورد تشخیص نشت و محل آن از اواسط قرن بیستم همراه با سیستم­های انتقال نفت پیدا شد. آنالیز جریان گذرا بدون شک یک ابزار با پتانسیل بالقوه برای دست یابی به این هدف است. در این تحقیق از بازتاب موج فشاری جریان گذرا، برای تشخیص مقدار و محل آن در خطوط لوله پلی­اتیلن استفاده شده است. روش به کار رفته بر تحلیل اولین موج انعکاسی از نشت تمرکز دارد. لذا برای رسیدن به این هدف ابتدا طی مدل سازی آزمایشگاهی، جریان گذرا بر روی یک سیستم مخزن، لوله و شیر مورد بررسی قرار گرفت. سیستم لوله در این تحقیق از جنس پلی اتیلن به قطر 63 میلی متر و با طول 158 متر می باشد. آزمایش ها با سه قطر نشت پنج، شش و هفت میلی متر در دو فاصله ی 3/56 و 4/117 متری از مخزن و دبی های متفاوت صورت گرفت. نتایج نشان می دهد که کمترین و بیشترین درصد خطای نسبی مکان نشت به ترتیب 12/0 و 74/12 درصد به دست آمد و نیز کمترین و بیشترین درصد خطای نسبی اندازه ی نشت به ترتیب 86/1 و 90/71 درصد محاسبه شد.

ترکیبی از روش تقریبی پل هاوزن و روابط تجربی ردفورد، جونگو، جانسون و دیگران برای تشخیص نقطه آغاز لایه مرزی گذرا در جریان با گرادیان فشار مثبت و برای شدت اعتشاش های متفاوت بکار رفته است. یک شیپوره واگرا با زوایای مختلف، تا حدی که نقطه جدایش آن بسیار دورتر از لبه ورودی جریان به شیپوره باشد، در نظر گرفته شده است. اضافه بر این، توربولنس جریان آزاد درون شیپوره، از شدت های کم دامنه (تحریک خطی) تا شدت های پر دامنه (تحریک غیر خطی) تغییر داده می شود. با استفاده از روش اشاره شده، محل رینولدز خنثی، نقطه آغاز لایه مرزی گذرا و نقطه جدایش از دیواره های شیپوره محاسبه می شود. نتایج نشان می دهند که با افزایش شدت توربولنس جریان آزاد و افزایش زاویه گشودگی شیپوره نقطه آغاز لایه گذرا به سمت نقطه تحریک خنثی و همچنین نقطه جدایش نیز به سمت لبه شیپوره نزدیک می شوند. نتایج دیگر نشان می دهند که دامنه تحریکات اغتشاشات نفوذی که از جریان اصلی به کناره دیواره راه می یابند با افزایش فاصله از آغاز لایه گذرا، ابتدا به شدت افزایش یافته و سپس کاهش می یابد و به سمت مقدار ثابتی میل می کنند. این تغییرات تابع رینولدز دهانه ورودی شیپوره نیز می باشد. نتایج تحقیق برای برآورد اثر شدت توربولنس جریان آزاد و گرادیان فشار بر شکل گیری لایه مرزی گذرا در تیغه های توربوماشین ها و ایرفویل ها استفاده می شود.

روش تحلیل معکوس جریان گذرا (ITA)، یکی از روش های موفق در زمینه شناسایی نشت در شبکه های آبرسانی است. با این وجود دستیابی به پارامترهای مجهول نشت مانند تعداد، مکان و مساحت نشت ها در این روش به دلیل استفاده از الگوریتم های فراکاوشی مانند الگوریتم ژنتیک (GA) نیازمند صرف هزینه و زمان محاسباتی زیادی است. هدف از این پژوهش ارایه راهکاری است که با حفظ ساختار محاسبات ITA، دقت و سرعت دسترسی به نتایج نیز افزایش یابد. در این پژوهش راهکار استفاده از مدل های جایگزین در فرایند بهینه سازی روش ITA مطرح شد. این مدل ها با تقلید از رفتار تابع هدف اصلی، تلاش می کنند با هزینه محاسباتی اندک، تا حد امکان بیشترین شباهت رفتاری را نسبت آن داشته باشند. در همین راستا الگوریتم بهینه سازی جدیدی بر پایه مدل جایگزین کریجینگ تحت عنوان الگوریتم GA-Kriging معرفی شد. در این الگوریتم با استفاده از ویژگی ساختاری مدل جایگزین کریجینگ و ارایه شاخصی به نام EI اصلاحاتی در انتخاب فرزندان الگوریتم GA انجام شد. به منظور ارزیابی الگوریتم GA-Kriging و مقایسه عملکرد آن با الگوریتم GA، از یک شبکه آبرسانی مرجع با هدف یافتن نشت استفاده شد. نتایج نشان داد که الگوریتم GA-Kriging با 52 درصد دقت بیشتر نتایج به دست آمده و صرفه جویی زمان محاسباتی به اندازه 75 درصد، نسبت به الگوریتم GA کارایی محاسباتی بیشتری دارد. این پژوهش نشان داد که استفاده مناسب از مدل های جایگزین در فرایند بهینه سازی می تواند سبب هوشمندتر شدن محاسبات، کاهش محاسبات تکراری و در نهایت، افزایش کارایی محاسباتی شود.

مطالعه حاضر به بررسی عددی خصوصیات جریان گذرا در شبکه لوله پلی اتیلن می پردازد. به این منظور معادله­های پیوستگی و مومنتم حاکم بر جریان گذرا در سیستم های تحت­فشار با در نظر گرفتن اثرات افت اصطکاکی ماندگار و غیرماندگار و اثر ویسکوالاستیک دیواره لوله های پلیمری با بهره­گیری از روش خطوط مشخصه در حوزه زمان تحلیل شدند. آزمایش­هایی با مقادیر مختلف دبی حالت ماندگار بر روی یک شبکه لوله پلی اتیلن ساخته­شده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد و سیگنال های فشار گذرا در نقاط مختلف شبکه توسط فشارسنج­هایی برداشت شدند. نتایج مقایسه سیگنال های فشاری برداشت­شده از مدل آزمایشگاهی نشان داد که با افزایش دبی، سیگنال جریان گذرا دارای شدت بیش تر و اختلاف فاز کم تری است. واسنجی مدل عددی شبکه لوله با در نظر گرفتن اثرات افت اصطکاکی غیرماندگار و ویسکوالاستیک دیواره لوله با استفاده از تحلیل معکوس جریان گذرا انجام شد و صحت­سنجی نشان داد که سیگنال عددی جریان گذرا با در نظر گرفتن تنها اثر ویسکوالاستیک دیواره با یک المان کلوین- ویت دارای بیش­ترین میزان مطابقت با اطلاعات برداشت­شده از مدل آزمایشگاهی است. هم چنین مقایسه توابع خزش تطابقی برای مقادیر مختلف دبی نشان داد مقدار تابع خزش در شبکه لوله وابسته به مقدار دبی جریان ماندگار است.