وبلاگ

:
كاویتاســیون پدیــده ای اســت كــه فقــط در سیســمهای حالــت مــایع اتفــاق مــی افتــد. در ســال
1917فیزیكدان انگلیسی Lord Raylejgh اولین بار علت فرسودگی سریع پره های كشتی را مورد بررسی
قرار داد و متوجه تولید حبابهای بخارتوسط پره های كشتی شـد.كـه قـبلاً توسـط Reynolds بـه صـورت
تجربی اثبات شده بود .به نظر می رسید كه این حبابها همان طور كه به پروانه آسیب می رساندند، سـبب
كندی حركت قایق نیز می شدند.
هنگامی كه سیال از دریچه كنترل شیر عبور می كند، به دلیل عبور ازیک گلوگاه فشار سـیال پـایین
آمده و سرعت افزایش میابد. اگراین افت فشار، فشار سیال را به پایین ترازفشار بخار سیال برساند، مایع به
بخار تبدیل شده ودرون مایع حبابهایی تشكیل می شود. بعد از عبور سیال از گلوگاه فشـار در بـالا دسـت
افزایش می یابد واصطلاحاً به این امر بازیافت فشار گفته می شود. افزایش مجـدد فشـار و بـالارفتن فشـار
بخارسیال باعث می شود كه حبابهای ایجاد شده درون مایع تركیده وبخار دوباره به مایع تبدیل شود. این
عمل تشكیل حبابهای بخار و سپس تركیدن حبابها را كاویتاسیون مـی نامنـد. كاویتاسـیون عمـلاً بسـیار

مخرب بوده و سبب آسیب رساندن به شیر و عمرآن می شود. این پدیده با فلشینگ كـاملاً متمـایز اسـت
چرا كه فلشینگ در حالتی اتفاق میافتدكـه فشـار در خروجـی پـایین ترازفشاربخارباشـد. در ایـن حالـت
حبابهای بخار ایجادشده نمی تركند. اما به دلیل باز یافت فشار در پایین دست و در نتیجه افـزایش فشـار،
حجم حبابهای تشكیل شده كاهش می یابد و در نتیجه نوسانات در جریان سیال ایجاد می شود. بـه ایـن
پدیده فلشینگ می گویند. این پدیده به مخربی كاویتاسیون نمی باشد اما بر روی سطوح، فرسایش ایجـاد
نموده و سبب لرزش وصدای كم در شیر می شود.
كاویتاسیون یک فرایند مایع، بخار، مایع است كه در ناحیه كوچكی بعد ازگلوگاه درچند میكرو ثانیـه
اتفاق می افتد.كاویتاسیون شدیدسبب ایجاد نشتی درنشیمنگاه، از بین رفتن خاصیت جریان، قفس شیر و
در نهایت از بین رفتن كامل بخشهای تحت فشار(بدنه شیروخطوط لولـه)مـی شـود. درسرویسـهای فشـار
بالا،كاویتاسیون می تواند در مدت چند دقیقه اجزاشیررا نابود سازد. حبابهای كاویتاسیون خیلی كـوچكتر
اما پر قدرت تر از حبابهای است كه توسط جوشاندن معمولی به وجود می آینـد. اگـر حبابهـا در نزدیكـی
سطح فلزی مانند دیواره بدنه شیر باشندتمایل به تخلیه انرژی انفجار به دیواردارندچراكه در فشـار اطـراف
حباب درمحل نزیک به دیوار كمتر است. صدمه اصلی كاویتاسیون در هنگام انفجارحباب بـر روی دیـواره
شیراست كه دراین هنگام چندین تكه بسیار كوچك از بدنه شیر كنده می شـود. بخصـوص هنگـامی كـه
فشارایجاد شده از استحكام كششی دیواره فراتر رود .
درحالتهایی كه سطح دارای پوشش است كاویتاسیون این پوشش را از بین می برد و ماده حسـاس را
در معرض واكنش شیمیایی یا فرسایش قرار می دهد. هیچ ماده ای در برابركاویتاسیون مقاومت نا محدود
ندارد وسـخترین مـواد هـم در نهایـت سـاییده مـی شـوند. اثـرمهم دیگـر كاویتاسـیون كـاهش كـاركرد
شیروتاثیرآن درفرایند است. زیرا در هنگامی كه كاویتاسیون رخ می دهد حبابهای تشكیل شـده از حجـم
سیال عبوری می كاهند و در نتیجه ظرفییت شیر CV كمتر از مقدار معمول محاسبه شده می شود.

:
بیش از صد سال از كشف پدیده پیزوالكتریک توسط برادران Curie در سال 1880 می گذرد. امروزه صدها
نوع از مواد فروالكتریك(Ferroelectric) در صنایع مختلف به عنوان مواد هوشمند استفاده میگردد. استفاده از
این مواد زمانی كاربرد خود را نشان داد كه نیاز به دو خصوصیت صلبیت و تغییر شكل الاستیك، به خصوص
در صنایع نیازمند به دقت بالامورد توجه قرار گرفت.
 هنگامی كه ماده ای پیزو الكتریک مثل PZT تحت كرنش مكانیكی قرار میگیرد، به صورت الكتریكی
قطب دار میشود، كه میزان قطبیت آن بستگی به كرنش وارده دارد(مثل یک سنسور ویا حتی ژنراتور و )
بالعكس، ماده پیزوالكتریک تغییر شكل میدهد هنگامی كه تحت اثر میدان الكتریكی قرار میگیرد.

فصل اول
كلیات :

 اثر پیزوالكتریک مربوط به ساختار كریستالی مواد است. كریستالی كه از خود خاصیت پیزوالكتریک نشان
میدهد، ساختارش باید فاقد مركز تقارن باشد. هر تنشی اعم از كششی یا فشاری كه به ساختار چنین
كریستالی وارد گردد، باعث تغییر حالت تعادل بین بارهای مثبت و منفی در هر سلول پایه از كریستال گردیده
و این پدیده باعث ایجاد قطب در روی سطح شبكه میگردد. این پدیده به صورت تجربی خطی است و نتیجتا”
میزان قطبیت مستقیما” به مقدار تنش وارده بستگی دارد، كه به طبع اگر تنش وارده كششی و یا فشاری
باشد، میدان الكتریكی مثبت یا منفی ایجاد خواهد گردید. عكس این مطلب نیز صحیح بوده و اگر كریستال
تحت اثر میدان الكتریكی مثبت یا منفی قرار گیرد، دچار كرنش الاستیک مثبت و یا منفی خواهد گردید و
طول ماده پیزوالكتریک كوتاهتر و یا بلندتر خواهد گردید .
 از مهمترین انواع این نوع كریستال مذكور و و مواد پیزوالكتریك، پیزوالكتریكهای سرامیكی هستند كه
یكی از انواع مهم آن PZT است. این شاخه از مواد پیزوالكتریک امروزه جزو پر كاربردترین انواع بوده كه
دارای ساختار tetragonal-rhombahedral بوده و شبیه به شبكه مكعبی میباشد و دارای فرمول كلی
میباشد كهA نشانه یون فلز divalent مثل باریم و سرب است،B نمایانگر یون 2 1 A + B −O
فلزtetravalent مثل تیتانیوم و زركانیوم است .این نوع از مواد پیزوالكتریک مورد بحث این سمینار است

فولادهای آلیاژی كه در ساخت مخازن و سیلندرهای تحت فشار بكار بـرده مـیشـوند بایـد حتـیالمقـدور از
آلیاژهایی انتخاب شوند كه دارای خاصیت استحكام بالا و چقرمگـی بـالا (مقاومـت در مقابـل شكسـت بـالا)
باشند. زیرا این مخازن تحت بارهای متناوب (مكانیكی و گاه حرارتی) قرار خواهند گرفت. از سـوی دیگـر بـه
منظور كاهش هزینه های ساخت قطعات از سالها پیش تلاشهایی در جهت ابداع و بررسی فرایندهای پس از
ساختی كه نهایتاً منجر به بالا بردن عمر خستگی این مخـازن شـود، انجـام شـده اسـت. یكـی از انـواع ایـن
فرایندها، اتوفرتاژ میباشد. كه تحلیل و معرفی آن در فصول آینده خواهد آمد.
فولادهای پراستحكامی كه در ساخت این نوع مخازن بكار میرونـد، اگرچـه در بارگـذاری رفتـاری شـبیه بـه
الاستیك- كاملاً پلاستیک دارند ولی در باربرداری رفتار آنها كاملاً غیرخطی میباشد و استفاده از مـدلهـای

سادهای نظیر سختشوندگی همسانگرد و سینماتیک به جای مدلهای دقیقتر با خطای قابل توجهی همـراه
میباشد. در این نوع فولادها رفتار پیچیده باربرداری تابعی از كرنش پلاستیک در بارگذاری اولیـه مـیباشـد.
همچنین اثر باشینگر
درا ین مواد به روشنی ظاهر میشود. به همین جهت بسیاری از محققان در سالهـای ١
اخیر سعی در مدلسازی دقیق رفتار این مواد در حالت بارگذاری و باربرداری دارند.
بدین ترتیب هنگامیكه در پروسهای مانند اتوفرتاژ، رفتار واقعی فولادهـا مـدل مـیشـوند، توزیـع تـنشهـای
پسماند حاصله از اتوفرتاژ در جداره مخازن بانتایج تجربی اخـتلاف خیلـی زیـادی نداشـته و در نهایـت عمـر
خستگی كه در حضور این تنشها در جداره مخازن، تخمین زده میشود، قابلیت اطمینـان بیشـتری خواهـد
داشت.
در این سمینار در قسمت اول به معرفی پروسه اتوفرتاژ، انواع آن، فاكتورهای مهم در رفتـار فولادهـا، بررسـی
تنشهای پسماند حاصل از اتوفرتاژ و تاریخچه رفتارها و مدلهای ارائه شده برای فولادها پراستحكام براساس
تحقیقات انجام شده تاكنون پرداخته خواهد شد در قسمت دوم به طور مختصر به علل انجام پروسه اتوفرتاژ،
و تأثیر حضور تنشهای پسماند بر عمر خستگی مخازن و سیلندرهای جدار ضخیم پرداخته خواهد شد.

:
از آنجاییکه افت فشار در لوله باعث افت انرژی در سیس ه تم ای انتقال خطوط لوله است ، بنابراین اگر
بتوانیم توسط روش هایی از میزان این نیروی بازدارنده بکاهیم در نتیجه توانستهایم در توان مصرفی
صرفهجویی کنیم از . طرفی در صنعت نفت تا حدود زیادی افزایش ظرفیت انتقال نفت از مناطق تولیدی
نفت، معادل با افزایش میزان تولید است بنابراین اگر ما با بهره گرفتن از روش های کم هزینه بتوانیم از میزان
نیروی اصطکاك بکاهیم در واقع هم در میزان مصرف انرژی صرفهجویی کردهایم، هم توان پمپاژ را کاهش
دادهایم و هم با افزایش میزان دبی جریان ، ظرفیت انتقال را افزایش دادهایم. در این تحقیق روش های
کاهش اصطکاك نظیر، کاهش اصطکاك توسط ایجاد شیار منظم در سطح، نوسان جداری سطح، تزریق
گاز به جریان، تزریق مواد الیافی و فیبری به جریان مورد بررسی قرارگرفته شده و در نهایت، روش تزریق
مواد پلیمری که به عنوان عامل کاهنده اصطکاك(Drag Reduction Agent) شناخته می شود، در

پروژه تزریق (DRA) به سیستم خط لوله چشمه خوش- اهواز بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است .
روش تزریق مواد پلیمری اگر چه در دنیا شناخته شده است، ولی در مقیاس صنعتی در ایران تا کنون
مورد استفاده قرار نگرفته است. در این پروژه مسائل مربوط به نتایج تست آزمایشگاهی و میدانی DRA
مورد ارزیابی قرار گرفته شده است. این پروژه برای اولین بار در شرکت نفت و گاز غرب از مجموعه
شرکتهای نفت مناطق مرکزی در منطقه چشمه خوش بطور آزمایشی پیاده شد که به علت موفقیت
آمیز بودن نتایج حاصله در مقیاس صنعتی به مدت یک سال است که مورد استفاده قرار میگیرد . منطقه
′ نفتی چشمه خوش در عرض جغرافیایی 20, ◦ 32 و طول جغرافیایی 58″ ◦ 47, ,42′
در ارتفاع 10″ 150,متر از سطح دریا قرار دارد . طول این خط لوله 153 کیلومتر و قطر آن 18 اینچ مطابق با استاندارد API
5L می باشد .
در اینجا بر خود لازم می دانم از آقایان مهندس ابوترابی، مهندس رفیعی مدیر عامل و مدیر تولید شرکت
شعله آبی پارسیان، آقای مهندس ناصری پور رئیس مهندسی فراورش و آقای مهندس شریفات هماهنگی
تولید شرکت نفت وگاز غرب که همکاری نزدیکی با اینجانب در این پروژه داشتهاند تشکر و قدردانی
نماییم.

مسائل پلاستیسیته دارای زیر مجموعه های مختلفی میباشد. یكی از مهمترین مواردی كه در آنها تغییر
شكل پلاستیک رخ میدهد فرایندهای شكلدهی فلزات است.امروزه شبیه سازی عددی نقش مهمی در
فرایند شكل دهی فلزات دارا میباشد. مسائل شكل دهی فلزات عموماً غیر خطی و با تغییر شكل
پلاستیک بزرگ هستند. مدلسازی عددی برای شبیه سازی فرایندهای شكلدهی، به منظور پیشبینی
مشكلاتی كه در فرایند پیش خواهد آمد، مانند شكست قطعه، پروفیل ابزار نامناسب و كاهش عمر ابزار
بكار برده میشود. شبیهسازی فرایندهای شكل دهی فلزات شامل هندسه، ماده، و تماس غیر خطی

است و بنابراین احتیاج به تكنیكهای عددی پیشرفته دارد. حل یک مسئله در فرایند تغییر شكل فلزات
شامل بدست آوردن رفتار قطعه كار در برابر بار اعمالی میباشد. با توجه به رفتار قطعهكار میتوان بار
مورد نیاز برای فرایند شكلدهی و همچنین طراحی ابزار بهینه را بدست آورد .
چندین روش برای حل مسائل شكلدهی فلزات بكار میروند، كه میتوان آنها را بصورت زیر دستهبندی
 :كرد
 – 1 روش Slab، كه تنشهای روی صفحهی عمود به جهت جریان فلز را در نظر میگیرد .
 – 2 روش حل خط لغزش پر شده(slip line filled)، كه به مسائل كرنش صفحهای محدود می .شود
 – 3 روش تفاضل محدود(Finite Difference)، كه نمیتواند مسائلی با شرایط مرزی پیچیده را حل
 .كند
 – 4 روش كرانبالا(Upper Bound)، كه برای بكار بردن مسائلی با هندسهی پیچیده مشكل است .
 – 5 روش FEM كه حل با دقت بالا میدهد اما زمان محاسبه بالاست .
در اینجا تا حدودی پیشرفتهایی كه در دو روش كران بالا و FEM بدست آمده بررسی میشود .

در میان روش های شبیه سازی FEM به طور گسترده ای استفاده میشود. البته به دلیل وابستگی
خیلی زیاد FEM به مش، در شكلدهی فلزات این روش با برخی مشكلات مواجه میشود كه موجب
كاهش سودمندی شبیه سازی می .شود هنگامیكه تغییر شكلها بزرگ است، مش ها دچار تغییر شكلهای
بزرگ میشوند و در نتیجه برای ادامه فرایند شبیه سازی احتیاج به مش بندی دوباره میباشد. اگرچه
تكنیكهای دوباره مش بندی مقداری پیشرفت داشته اند اما مش بندی دوباره موجب كاهش دقت و
همچنین افزایش زمان مصرفی می شود .
به منظور جلوگیری از مشكل بالا، روش FEM بدون مش ارائه شده است. روش های بدون مش در حل
مسائلی كه تغییر شكل پلاستیک بزرگ دارند و اعوجاج مش شدید است خیلی مفید هستند .