پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد
گرایش سازه‌های دریایی
کارایی ادوات کاهنده ارتعاشات ناشی از گردابه در لوله‌ها و رایزرهای مایل در معرض جریان ثابت
استاد راهنما:
دکتر مصطفی زین‌الدینی
زمستان 1393
چکیده
زمانی که یک جسم غیر خط جریانی در معرض جریان سیال قرار میگیرد گردابه‌هایی در پایین‌دست جسم تشکیل می‌شوند. هنگامی که پریود تشکیل گردابه به پریود ارتعاش طبیعی جسم نزدیک شود نوسانات شدیدی در سازه به وجود می‌آورد. اگر این ارتعاشات مهار نشود می‌تواند سبب آسیب رساندن به سازه و یا حتی تخریب آن گردد. این مسئله به خصوص در لوله و رایزرهای نفتی که در اعماق دریاها با صرف هزینه‌های گزاف نصب می‌گردند بیشتر مورد توجه است، لذا کاهش دامنه این‌گونه ارتعاشات امری ضروری می‌باشد. احتمالاً پر کاربردترین روش در حذف نوسانات ناشی از گردابه استفاده از تیغه‌های حلزونی می‌باشد، زیرا علاوه بر آنکه نظم الگوی جریان پشت استوانه را به هم می‌زند در طول لوله نیز همبستگی گردابه‌ها را از بین می‌برد (Lamb, 1991) .
تحقیقات زیادی در مورد نوسان ناشی از تشکیل گردابه در استوانه‌های صلب قائم منفرد، سوار بر یک فنر ارتجاعی انجام شده است. اما در کاربردهای مهندسی برخی سازه‌ها یا عناصر سازه‌هایی هم‌چون کابل‌های نگاه‌دارنده‌ی پل، سیستم‌های مهار سازه‌های شناور و لوله‌ها و رایزر‌ها بعضاً در راستای قائم قرار نداشته یا اینکه اگر راستای آن‌ها قائم است جریان عمود بر راستای آن برخورد نمی‌کند. به صورت ساده شده‌ای بعضاً فرض می‌شود که تشکیل گردابه‌ها روی اعضای مایل مانند اعضای قائم است به شرطی که فقط مؤلفه‌ای از جریان که عمود بر محور عضو است در نظر گرفته شود. به این موضوع اصل غیر همبستگی می‌گویند.
بدیهی است ارزیابی نوسانات یک عضو مایل در اثر تشکیل گردابه در عمل بسیار پیچیده‌تر از آن است که توسط اصل غیر همبستگی بیان شود. لذا در تحقیق سعی شده است پاسخ استوانه‌های ساده و دارای تیغه‌ی حلزونی با زاویه تمایل 0، 20 و 45 درجه مورد بررسی قرار گیرد.
در مطالعه حاضر موضوع ارتعاشات ناشی از گردابه در یک استوانه مایل، با زوایای میل مختلف، با ضریب جرم- میرایی پایین 0345/0 در یک مخزن کشش، در محدوده اعداد رینولدز 4,000 تا 42,000 و در راستای جریان به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. دامنه پاسخ‌های نوسان استوانه، فرکانس نسبی (نسبت فرکانس نوسان به فرکانس طبیعی سازه در آب) و ضریب نیروی برآیی بر حسب سرعت اصلاح‌شده اندازه‌گیری، گزارش و بحث شده است.
کلیدواژه: نوسان ناشی از تشکیل گردابه، استوانه قائم، استوانه مایل، مطالعات آزمایشگاهی، تیغه حلزونی، تحلیل هیلبرت
E-mail: aref.farhangmehr@gmail.com
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فهرست جدول‌ها ی
فهرست شکل‌‌ها ک
فهرست علائم و نشانه‌ها ف
فصل 1- مقدمه… 1
1-1- مقدمه….. 2
1-2- هدف از این تحقیق 2
1-3- ساختار تحقیق 2
فصل 2- تعاریف و مبانی نظری 4
2-1- مقدمه….. 5
2-2- تشکیل گردابه 5
2-3- تأثیر عدد رینولدز بر روند تشکیل گردابه‌ها 6
2-4- نوسان ناشی از گردابه 8
2-5- تقویت اندرکنش سازه و سیال 11
2-5-1- پدیده همزمانی گردابه‌ها 11
2-5-2- پدیده قفل شدگی 12
2-6- استفاده از ادوات حذف کننده ارتعاش 12
2-7- تیغه‌های حلزونی 16
2-7-1- عملکرد……………………………………………………………………………………………………………………………………….17
2-7-2- پیکربندی ………. 18
فصل 3- مروری مختصر بر ادبیات فنی 17
3-1- مقدمه …. 18
3-2- مطالعات انجام شده پیرامون نوسانات ناشی از گردابه در استوانه ساده 18
3-2-1- سیستم با نسبت میرایی- جرم بالا 18
3-2-2- سیستم با نسبت جرم- میرایی پایین 20
3-3- مطالعات انجام شده پیرامون نوسانات ناشی از گردابه در استوانه ساده مایل 26
3-3-1- مطالعات انجام‌شده پیرامون استوانه مایل 26
3-3-2- دامنه و فرکانس پاسخ استوانه مایل سوار شده بر فنر ارتجاعی 32
3-4- مطالعات انجام شده پیرامون چینش پشت‌هم استوانه‌ها 34
فصل 4- برپایی مدل آزمایشگاهی 39
4-1- مقدمه … 40
4-2- حوضچه یدک 40
4-3- نمونههای مورد آزمایش 41
4-4- سیستم نگهدارنده استوانه‌ها 43
4-5- حسگرها و دستگاه ثبت داده 45
4-6- تجهیزات مورد استفاده جهت تعیین مشخصات سازهای سیستم ارتجاعی 47
4-7- ضرایب کالیبراسیون، میرایی و سختی سیستم ارتجاعی 49
4-8- سیستم‌های ارتجاعی مورد بررسی به همراه فرکانس طبیعی آن‌ها در آب 51
4-9- نحوه محاسبه دامنه نوسان 54
4-10- نحوه محاسبه فرکانس 55
فصل 5- بحث و بررسی مدل آزمایشگاهی استوانه منفرد 58
5-1- مقدمه … 59
5-2- صحت‌سنجی و مقایسه با کارهای دیگر محققین 59
5-3- نتایج مربوط به استوانه قائم 61
5-4- نتایج مربوط به استوانه‌های مایل 63
5-4-1- استوانه ساده 63
5-4-2- استوانه‌های مایل درای تیغه حلزونی 67
5-5- اعتبار اصل استقلال در استوانه‌های مایل 69
5-6- مقایسه‌ی زوایای تمایل مثبت و منفی 72
5-7- محاسبه ضریب نیروی برآیی 74
5-8- استفاده از تبدیل هیلبرت در تحلیل نوسانات 77
فصل 6- بحث و بررسی مدل آزمایشگاهی استوانه پشت‌هم 83
6-1- مقدمه … 84
6-2- نتایج مربوط به استوانه‌های ساده قائم پشت‌هم 84
6-3- نتایج مربوط به مایل با زاویه ○20 پشت‌هم 90
6-4- نتایج مربوط به مایل با زاویه ○45 پشت‌هم 96
فصل 7- نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای مطالعات آتی 102
7-1- نتیجه گیری 103
7-2- پیشنهاد برای مطالعات آتی 106
فهرست مراجع 107
برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند