كيفية تحليل أنظمة المياه في ديناميات الموائع، تحليل شبكة المياه هو تحليل تدفق السوائل عبر شبكة هيدروليكية تحتوي على العديد من الفروع المترابطة.
الهدف هو تحديد معدل التدفق وانخفاض الضغط في الأقسام الفردية للشبكة، حيث أن هذه مشكلة شائعة في التصميم الهيدروليكي، اتبع المقالة حول كيفية تحليل أنظمة المياه.
نظام توزيع المياه
نظام توزيع المياه هو بنية تحتية هيدروليكية تتكون من عناصر مثل الأنابيب والخزانات والمضخات والصمامات وما إلى ذلك.
من المهم جدًا توفير المياه الصالحة للشرب للمستهلكين النهائيين، وبالتالي فإن توفير المياه بكفاءة أمر ضروري لتصميم شبكة توزيع مياه جديدة أو توسيع شبكة موجودة.
كان حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة يمثل تحديًا خطيرًا واهتمامًا لأولئك المشاركين في تصميم وبناء وصيانة أنظمة توزيع المياه العامة.
يعد تحليل وتصميم شبكات المياه (الأنابيب) أيضًا مشكلة صعبة نسبيًا، خاصة إذا كانت الشبكة تتكون من مجموعة من الأنابيب.
غالبًا ما توجد أيضًا في أنظمة توزيع المياه الحضرية الكبيرة في غياب تسارع كبير في السوائل.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحديد سلوك الشبكة من خلال سلسلة من شروط الحالة المستقرة، والتي تشكل مكونًا صغيرًا ولكنه حيوي لتقييم كفاية الشبكة.
مثل هذا التحليل ضروري عندما يكون تغيير نمط الاستهلاك أو التسليم مهمًا، أو يتم إضافة ميزات.
على سبيل المثال، إضافة الماء، وإضافة مضخات التعزيز، وصمامات تنظيم الضغط أو صهاريج التخزين، أو تغيير النظام.
راجع أيضًا: كيفية التعرف على فاتورة المياه
أنواع مختلفة من شبكات توزيع المياه
جميع شبكات توزيع المياه الموجودة في جميع المدن مستمدة بشكل أساسي من ثلاثة أنواع من الأنابيب.
تصنف هذه الأنابيب حسب وظيفتها وهي كالتالي:
خطوط نقل
- تختص هذه الأنابيب بنقل المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية) وتوصيلها وتوجيهها إلى نظام التوزيع.
شبكة توزيع
- أما بالنسبة لهذا النوع فهو مرتبط بنقل المياه وتوصيلها إلى جميع مناطق المدينة.
- أنابيب الخدمة. وهي عبارة عن أنابيب تفريغ وفرع من أنابيب التوزيع التي تعمل على نقل المياه من نقاط الاستهلاك المختلفة.
تحليل أنابيب المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه بأنه تحليل قوة تدفق السوائل عبر نظام هيدروليكي.
على وجه الخصوص، شبكة تضم العديد من الفروع المترابطة أو المتشابكة.
يكمن سر هذا التحليل في مراقبة معدل التدفق وتحديد انخفاض الضغط في الأقسام الفردية للشبكة.
من أجل توجيه المياه لعدد من الأفراد المشاركين في نظام الإمداد بالمياه البلدية.
يجب التأكيد على أن المياه يتم توجيهها عبر شبكة مياه عذبة تتكون من عدد من الأنابيب المتصلة.
تواجه هذه الأنواع من الشبكات معضلات خاصة بالتصميم الهيدروليكي تسمى “تحليل شبكة الأنابيب”.
لحل هذه المشكلة، عادة ما يتم استخدام برنامج كمبيوتر، والذي يحل المشكلة تلقائيًا بعد حدوثها.
يمكن أيضًا حل هذه المشكلة باستخدام جدول موسع مع برامج حل المشكلات، بالإضافة إلى آلة رسوم بيانية حديثة.
كيفية تحليل شبكات المياه
تم استخدام العديد من الطرق في الماضي لحساب التدفقات في نظام مائي، وتتراوح هذه الطرق من الطرق الرسومية.
إلى استخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا لاستخدام النماذج الرياضية حيث تم تطوير طرق تحليل الشبكة هذه وتنفيذها على الكمبيوتر على مدار الخمسين عامًا الماضية.
هناك عدة طرق للتحليل وهي:
طريقة هاردي كروس
ربما تكون هذه هي الطريقة الأكثر استخدامًا للتحليل، وهذه الطريقة تعمل على إصلاح القيمة الافتراضية الأولية.
استخدام التمديد من الدرجة الأولى لمعادلة القدرة، من حيث عامل اختيار معدل التدفق في كل حلقة.
في بعض الحالات، وجد أن طريقة هاردي كروس بطيئة جدًا أو غير متقاربة على الإطلاق.
هذا يؤدي إلى اقتراح تدابير خاصة لتحسين التقارب والنموذج المقيد، لتصميم الحد الأدنى من تكلفة شبكات توزيع المياه.
حاولت هذه المنهجية حساب حالات عدم اليقين في التطبيقات المطلوبة، ورؤوس الضغط المطلوبة، وعوامل صلابة الأنابيب.
تمت صياغة مشكلة التحسين أيضًا كنموذج برمجة غير خطي، يتم حلها باستخدام طريقة التدرج المنخفض المعمم.
يبدو أن عدم اليقين في المتطلبات المستقبلية ومتطلبات رأس الضغط وصلابة الأنابيب يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التصميم والتكلفة المثلى.
علاوة على ذلك، يمكن حساب موثوقية نظام توزيع المياه من خلال النظر في الطلب ورأس الضغط وخشونة الأنابيب كمتغيرات عشوائية.
يمكن للمرء أيضًا أن يفترض أن معامل الطلب على المياه وخشونة الأنبوب يتبع توزيعًا احتماليًا ثم يستخدم مولد أرقام عشوائي لتوليد قيم المتغيرات العشوائية لكل عقدة وأنبوب.
يقوم بإجراء محاكاة هيدروليكية، ويحسب رؤوس الضغط حسب عقد الأمر، بشرط تلبية الطلبات.
أخيرًا، يمكن حساب الاعتماد الهيدروليكي للنظام والعقدة باستخدام EPANET.
قد تكون مهتمًا أيضًا. كيف تكتشف تسرب المياه؟
طريق تطبيق ibant
IBANT هو برنامج يستخدم لنمذجة أنظمة توزيع المياه في جميع أنحاء العالم وقد تم تطويره كأداة لفهم حركة ومصير مكونات مياه الشرب في أنظمة التوزيع.
يمكن استخدامه للعديد من أنواع التطبيقات المختلفة في تحليل أنظمة التوزيع.
اليوم، يستخدم المهندسون والاستشاريون IBANT لتصميم وتوسيع نطاق البنية التحتية الجديدة للمياه وتعديل البنية التحتية القديمة الحالية.
كما تعمل على تحسين أداء الخزان والمضخة، وتقليل استخدام الطاقة، والتحقيق في مشكلات جودة المياه والاستعداد لحالات الطوارئ.
يمكن استخدامه أيضًا لنمذجة تهديدات التلوث وتقييم المرونة في مواجهة التهديدات الأمنية أو الكوارث الطبيعية.
طريقة خطية
تُعرف أيضًا باسم طريقة Word-Garls، وتلعب هذه الطريقة دورًا مهمًا في طريقة إيجاد الحل الأمثل.
نظام المعادلات لشبكات خطوط الأنابيب، لأنه يعتمد بشكل أساسي على معادلات غير خطية موثوقة أو على أساس خسائر الاحتكاك، مما يحولها إلى معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
يركز على المعادلات غير الخطية بالإضافة إلى كونه الطريقة الأكثر ملاءمة لحل تلك المعادلات.
تشابه طوبولوجي
يتم استخدام منهجية تعتمد على التشابه الطوبولوجي للحصول على نقطة بداية تكرارية لحل مشاكل الخزان وخطوط الأنابيب.
اعتبارًا من الآن، تستند نقطة البداية الأصلية للتكرار على التخمين البحت الذي يمكن التحقق منه بالتجربة، ومفهوم التشابه الطوبولوجي مشتق من مبدأ شبه العمل (PQW).
في هذا المبدأ، يتم استخدام حل أي مشكلة في فئة (PQW) لحل المشكلات المعقدة الأخرى في نفس الفئة.
كما أنه يمهد الطريق للمفهوم الفريد للنظام المرجعي، والذي يستخدم حله للحصول على نقطة انطلاق لبدء عملية إعادة المعالجة، في مشاكل الخزان والأنابيب.
نظم معادلات شبكات المياه
توفر هذه الأنظمة معادلتين تتعلقان بالأنابيب البسيطة، وهذه المعادلات تحسب كل منهما ؛
- معادلة الاتصال: وهو ما يتطلب بدوره وجود تصريف من الداخل إلى أي نقطة ولكنه يتقاطع بالتساوي مع الصرف خارجها.
- معادلة الطاقة. وهو مطلوب لإيجاد مجموع خسائر الاحتكاك المتمركزة حول نقطة تساوي الصفر.
لقد اخترنا لك: طرق معالجة مياه الصرف الصناعي
بعد أن نتعرف على تحليل شبكات المياه، نأمل أن تكون المعلومات التي شرحناها لكم مفيدة لكم، ونأمل أن يكون المقال قد نال موافقتكم.