تلاطم سیال در مخازن حامل ها (4)

در بخش های پیشین  علل پیدایش تلاطم سیال، روشهای استخراج میرایی و میرایی ویسکوز در مخازن سیال مورد بررسی قرار گرفت. در این بخش عوامل موثر بر طراحی تیغه های میراگر بیان می شوند.

1- عوامل موثر بر طراحی تیغه های میراگر
تحقیقات فراوانی به منظور طراحی بهینه میراگرها انجام شده است که از آن جمله میتوان به تحقیقات لِگنِر[1] [19]، آبرامسون [5]، اِسوایند[2] و همکاران [20]، شِرما[3] و همکاران [21] اشاره کرد. علاوه بر مطالعات فوق میوتو[4] و همکارانش [22]، آزمایشاتی برای بررسی اثرات صفحات میراگر بر تلاطم سیال انجام داده اند. در مطالعات آبرامسون [23] به موارد زیر به عنوان پارامترهای اولیه در طراحی میراگرها اشاره شده است:

1.      مسیر ماموریت حامل.
2.      مقدار میرایی مورد نیاز برای مخزن موردنظر یا دامنه تلاطم سیال در عمق مختلف سیال.
3.      مشخصات فیزیکی مخزن مثل هندسه، تغییر شکل الاستیک و عایق بندی.
4.      عمق سیال و نیازمندیهای تخلیه سیال[5].
5.      مشخصات فیزیکی سیال.
6.       نیروهای ضربه[6]، جابجایی[7] و تلاطم که باید توسط میراگر تحمل شود.

در شکل ابتدایی چند نمونه از تیغه های میراگر و تجهیزات ضد تلاطم نشان داده شده است.

برخی آزمایشات و مطالعات تحلیلی برای یافتن مقادیر میرایی در مخازن مختلف، با استفاده از انواع تیغه ها انجام شده است که از آن جمله میتوان به مطالعات هاوِل[8] و البر[9][24]، مایلز[10] [25]، بائر[11] [26, 27]، سیلویرا[12] و همکاران [28]، استیفنز و همکاران [17, 29]، استیفنز و اسکُل[13] [30]، ایزاکسون[14] و پریمَسری[15] [31]، ملکی[16] و ضیائی فر[17] [32] و گودرزی[18] و صباغ یزدی[19] [33] اشاره کرد. این مطالعات بر مقدار کل میرایی به دست آمده از مود اصلی نامتقارن[20] متمرکز شده است.

---

[1]  Langner                                                          [11]  Bauer                     

[2]  Schwind                                                          [12]  Silveira

[3]  Sharma                                                           [13]  Scholl

[4]  Muto                                                               [14]  Isaacson 

[5]  Draining Requirements                                   [15]  Premasiri

[6] Impact                                                             [16]  Maleki

[7] Handling                                                          [17]  Ziyaeifar

[8] Howell                                                             [18]  Goudarzi

[9] Ebler                                                               [19] Sabbagh-Yazdi 

[10] Miles                                                             [20] Fundamental Anti-symmetric Sloshing Mode 

---

طراحی مخازن سیال به صورت روند رفت وبرگشتی[1] بین پارامترهای تاثیرگذار بر روند طراحی انجام می گیرد. این پارامترها شامل پایداریدینامیکی، کنترل و هدایت، بارهای تلاطم[2] و مدیریت سیال[3]  می باشند. ارزیابی موارد فوق با استفاده از مدلهای تحلیلی انجام می گیرد. می توان مقادیر پارامتر مدلها را با استفاده از تست مدلهای فیزیکی که بیان کننده ترکیب مخزن و سیال می باشند و یا از طریق تئوری هیدرودینامیکی به دست آورد. مقادیر به دست آمده باید بیانگر اندازه میرایی مورد نیاز باشند. تجهیزات ضدتلاطم باید به گونه ای انتخاب شوند که این نیازها را برطرف ساخته و علاوه بر آن یکپارچگی سازه ای و سازگاری با سیستم های حامل را تامین نمایند.  موارد طرح شده در بالا را می توان در قالب راندمان میرایی[4]، سازگاری با سیستم[5] و یکپارچگی سازه ای[6] طبقه بندی کرد که درادامه به تفصیل بیان می شوند.

1-1- راندمان میرایی

پیکربندی تجهیزات ضد تلاطم شامل شکل ظاهری، اندازه، تعداد، استحکام، سوراخکاری، فاصله تا مخزن [7] و مکان نصب تجهیزات باید به جهت تامین میرایی مورد نیاز، براساس موارد زیر طراحی شوند:

·        دامنه تلاطم یا دامنه حرکت مخزن

·        فرکانس تلاطم

·        شتاب مخزن

·        ارتفاع سیال

·        هندسه و ابعاد مخزن

·        خاصیت فیزیکی سیال

·        سخت افزار داخلی و تجهیزات سازه ای

---

[1] Iteration

[2] Slosh Loads

[3] Liquid Management

[4] Damping Effectiveness

[5] Compatibility with vehicle systems

[6] Structural Integrity

[7] Gap

---

2-1- سازگاری با سیستم^[1]
تجهیزات ضدتلاطم باید با نیازها و مشخصات سیستم سیال مطابقت داشته باشند که به چند نمونه از این پارامترها اشاره می شود:
·        تخلیه و ته نشینی سیال

·        تبخیر سیال^[2]و محبوس شدن حباب ها

·        عایق نمودن داخلی مخزن و انتقال گرما

·        محل تخلیه^[3] و پیکربندی

همچنین در طراحی تجهیزات ضدتلاطم باید اثرات متقابل سیستم کنترل را لحاظ نمود که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
·        فرکانس های سیستم کنترل

·        مشخصات حسگرهای سیستم کنترل و مکان آنها

·        مقدار بهره سیستم کنترل

3-1- یکپارچگی سازه ای^[4]
در طراحی سازه تجهیزات ضد تلاطم، باید در صورت امکان مواردی که در ادامه بیان می شود را لحاظ نمود:
·        تلاطم سیال و نیروهای ضربه ای^[5]
·        نیروهای اینرسی^[6]

·        گرما و فشار
·        شوک حرارتی و خستگی^[7]
·        پایداری سازه ای دیواره مخزن^[8]
·        بارهای وارده هنگام مونتاژ
·        سازگاری مواد به کار رفته با سیال
·        ارتعاشات محلی^[9]
·        سهولت ساخت
·        سازگاری طراحی جهت بازرسی و یا تغییر پیکربندی برای ماموریت های پروازی دیگر

---

[1] System Compability

[2] Liquid Boiling

[3] Vent Location

[4] Structural Integrity

[5] Impact Loads

[6] Inertia Loads

[7] Thermal Shock And Fatigue

[8] Tank- wall Structural Stability

[9]  Local Vibration

---

[5]        H. N. Abramson, "The Dynamic behavior of liquids in moving containers," NASA SP 106, 1966.

[19]      C. G. Langner, "A preliminary analysis for optimum design of ring and vertical wall antislosh baffles," SwRI, TR 7, April 1963.

[20]      R. G. Schwind, R. S. Scotti, and J. Skogh, "Analysis of flexible baffles for damping tank sloshing," Spacecraft Rock. 4(1), pp. 47–53, 1967.

[21]      S. R., S. E. Semercill, and O. F. Turan, "Floating and immersed plates to control sloshing in a cylindrical container at the fundamental mode," Sound and Vib. 115(2), pp. 365–370, 1992.

[22]      K. Muto, Y. Kasai, and M. Nakahara, "Experimental tests for suppression effects of water restraint plates on sloshing of a water pool," ASME J. Pressure Vess. Tech. 110, pp. 240-246, 1988.

[23]      H. N. Abramson, "Slosh suppression," NASA SP-8031, 1969.

[24]      E. Howell and F. G. Ebler, "Experimental investigation of the influence of mechanical baffles on fundamental sloshing mode of water in a cylindrical tank," Space Tech. Lab. Rep. GM-TR-69, 6 July 1956.

[25]      J. W. Miles, "Resonantly forced, nonlinear gravity waves in a shallow rectangular tank," Wave Motion 7, pp. 291-297, 1985.

[26]      H. F. Bauer, "Propellant sloshing," ABMA, DA-TR-18–58, 5 November 1958.

[27]      H. F. Bauer, "Fluid oscillations in a circular cylindrical tank," Rept. No DA-TR-1–58, April 1958.

[28]      M. A. Silveira, D. G. Stephens, and H. W. Leonard, "Damping of liquid oscillations in cylindrical tanks with various baffles," NASA TN D-715, 1961.

[29]      D. G. Stephens, H. W. Leonard, and M. A. Silveira, "An experimental investigation of the damping of liquid oscillations in an oblate spheroidal tank with and without baffles," NASATND-808, 1963.

[30]      D. G. Stephens and H. F. Scholl, "Effectiveness of flexible and ring baffles for damping liquid oscillations in large scale cylindrical tanks," NASA TN D-3878, 1967.

[31]      M. Isaacson and S. Premasiri, "Hydrodynamic damping due to baffles in a rectangular tank," Canadian Journal of Civil Engineering, pp. 608–616, 2001.

[32]      A. Maleki and M. Ziyaeifar, "Sloshing damping in cylindrical liquid storage tanks with baffles," Journal of Sound and Vibration, vol. 311, pp. 372-385, 2008.

[33]      M. Goudarzi and S. S. Yazdi, "Analytical and experimental evaluation on the effectiveness of upper mounted baffles with respect to commonly used baffles," Ocean Engineering, pp. 205-217, 2012.

ادامه دارد...