دبی آب چیست و محاسبه آن در لوله

بسیاری از ما جریان آب را با سرعتی که در حال حرکت است، درک می کنیم که به آن جریان یا دبی آب می گویند. در ادامه به محاسبه دبی آب یا جریان آب در لوله می پردازیم.

تاریخچه اندازه گیری آب

اندازه گیری جریان آب در آغاز قرن نوزدهم آغاز شد، زیرا مراکز جمعیتی بزرگ در اطراف نهرها توسعه یافتند. مانند زمان کنونی، این جوامع از مقادیر زیادی آب برای آشامیدن، صنعت، حمل و نقل و دفع زباله استفاده می کردند و بیش از حد استفاده می کردند. جریان سنج همچنین در پیش بینی حوادث سیل، حفاظت از جان و اموال استفاده می شود.

اولین ایستگاه سنجش جریان با بودجه فدرال (ایستگاه نظارت بر جریان) در ریو گراند در سال 1889 تأسیس شد و اولین شبکه سنجش جریان (هفت ایستگاه) در سال 1895 در کانزاس تأسیس شد. از این زمان، صدها ایستگاه سنجش جریان توسط سازمان های فدرال، ایالتی، شهرستانی و شهرداری، و توسط سازمان های خصوصی برای اهداف برنامه ریزی منابع آب، کنترل سیل، آبیاری، احیای محیط زیست و ناوبری. در واقع، اندازه گیری جریان به ستون فقرات تقریباً هر برنامه مدیریت منابع آب و مدیریت کیفیت آب در سراسر جهان تبدیل شده است.

 

 

 

دبی آب چیست و محاسبه آن در لوله

هیدرولوژیست‌ها و دیگر دانشمندان محیط زیست از معیار دقیق‌تری برای رودخانه‌ها و نهرها استفاده می‌کنند که «تخلیه» یا «جریان» نامیده می‌شود که با حجم آب در حال عبور از یک نقطه خاص در یک دوره زمانی معین تعریف می‌شود. دبی آب یا جریان برای قیمت لوله‌ ها و رودخانه‌ها اعمال می‌شود و به صورت فوت مکعب در ثانیه (cfs) یا متر مکعب در ثانیه (cms) گزارش می‌شود.

داده های ارائه شده در اطلس آب نشان می دهد که چگونه دبی جاری یک رودخانه بر حسب فوت مکعب در ثانیه (cfs) با میانگین تاریخی مقایسه می شود. جداول مقادیر دبی را به طور خلاصه برای کل رودخانه و از ایستگاه های جداگانه در طول رودخانه ارائه می دهد. دومی معنی‌دارتر است، زیرا جریان / تخلیه آب می‌تواند به طور قابل‌توجهی در بخش‌های مختلف یک جریان، به‌ویژه در سیستم‌های اصلی رودخانه متفاوت باشد.

انواع دبی آب یا جریان در لوله ها

• جریان آرام 
• جریان آشفته

جریان آب در لوله ها را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: جریان آرام و آشفته. در جریان آرام، آب در لایه های صاف و موازی با حداقل اختلاط بین لایه های مجاور حرکت می کند. این نوع جریان معمولاً در سرعت های پایین اتفاق می افتد و با یک الگوی پایدار و قابل پیش بینی مشخص می شود. در حالی که جریان متلاطم با آشفته، گرداب و چرخش درون سیال مشخص می شود. جریان آشفته در سرعت های بالاتر رخ می دهد و با افزایش اختلاط، تلفات اصطکاکی بیشتر و اتلاف انرژی بیشتر همراه است.

 

 

عدد رینولدز چیست

انتقال از جریان آرام به جریان آشفته توسط عدد رینولدز (Re) تعیین می شود، یک پارامتر بدون بعد که نیروهای اینرسی را به نیروهای ویسکوز درون سیال مرتبط می کند. عدد رینولدز به صورت Re = (ρVD) / μ است که ρ چگالی سیال، V سرعت سیال، D قطر هیدرولیک لوله و μ ویسکوزیته دینامیکی سیال است. عدد رینولدز برای انتقال از جریان آرام به جریان آشفته به عواملی مانند هندسه لوله و زبری سطح بستگی دارد.

عوامل موثر بر جریان آب

دما و ویسکوزیته

تغییرات دمای آب می‌تواند بر ویسکوزیته آن تأثیر بگذارد که به نوبه خود بر ویژگی‌های جریان و تلفات اصطکاکی تأثیر می‌گذارد. دماهای بالاتر به طور کلی منجر به ویسکوزیته آب کمتر می شود که منجر به تغییر در نرخ جریان و تلفات هد می شود. در نظر گرفتن وابستگی دمایی خواص سیال هنگام طراحی و راه اندازی سیستم های توزیع آب، به ویژه در کاربردهایی که تغییرات دما قابل توجه است، ضروری است.

جنس لوله و زبری

ترکیب مواد و زبری سطح لوله ها نقش مهمی در تعیین تلفات اصطکاکی و مقاومت جریان دارد. لوله های صاف ساخته شده از موادی مانند PVC یا فولاد ضد زنگ در مقایسه با مواد خشن تر مانند چدن یا بتن مقاومت کمتری در برابر جریان دارند. انتخاب مواد لوله به عواملی مانند هزینه، دوام و سازگاری با سیال منتقل شده بستگی دارد.

 

 

جمع آوری داده (ابزارها و روش ها)

اندازه گیری دبی با استفاده از روش ها و فناوری های مختلفی انجام می شود. حسگرهای دستی را می توان برای اندازه گیری جریان در حین عبور از رودخانه ها بین نقاط خاص روی سواحل استفاده کرد. در بسیاری از حوضه های آبخیز، ایستگاه های دائمی بر روی سواحل رودخانه ها یا بر روی نهرها ساخته می شوند، به طوری که حسگرها را می توان به طور دائمی مستقر کرد و تخلیه را می توان اندازه گیری و نظارت کرد تا هر چند وقت یکبار، از جمله از طریق روش های سنجش از دور.

دانشمندان از این نظارت مستمر جریان به عنوان «گاژینگ» یاد می‌کنند و دستگاه‌هایی که برای انجام آن اندازه‌گیری‌ها به کار می‌روند، گیج نامیده می‌شوند.

اگرچه روش‌ها، تکنیک‌ها و فن‌آوری‌ها متفاوت هستند، اما همه گام‌ها ابتدا مستلزم ایجاد درک روشنی از ویژگی‌های فیزیکی جریان یا کانال مانند عرض، عمق آب، میزان و درجه پیچ‌خوردگی، شیب و «ناهمواری» است. ترکیب کف و نحوه تأثیر آن بر حرکت آب) کانال، مکان‌های گیره‌ها یا سدها، و محل تلاقی با سایر آب‌ها را در نظر بگیرید. اگر داده‌های تاریخی وجود داشته باشد، اینها برای اطلاعات بیشتر در مورد عوامل مهمی مانند دمای شدید، سیل و خشکسالی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، که همگی برای تعیین محل قرارگیری ایستگاه سنجش و نحوه تجهیز آن مفید هستند.

برای اطلاعات بیشتر درباره لوله ها می توانید به مقاله لوله مانیسمان چیست مراجعه نمایید.

محاسبه دبی آب

دبی جریان را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد. از دیگر اندازه‌گیری‌های مستقیم محاسبه می‌شود: عمق جریان، عرض جریان، و سرعت جریان جریان. این به طور کلی با ضرب سطح مقطع آب در کانال جریان در سرعت متوسط آب در آن مقطع انجام می شود.

جریان (یا دبی) در یک نقطه از جریان را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

جریان = سرعت آب × عرض لوله یا کانال × عمق آب

 

 

مقایسه اندازه‌گیری‌های دبی از فصل به فصل و سال به سال، بینش ارزشمندی در مورد روند کمیت آب در نهرها و حوزه‌ های آبخیز آن ‌ها ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، هنگامی که با داده های کیفیت آب و استفاده از زمین ترکیب می شود، دانشمندان می توانند اثرات مثبت و منفی فعالیت های مختلف در حوزه آبخیز را تعیین کنند.

استاندارد مرتبط با دبی آب

استانداردهای بین‌المللی

ISO 4064: استانداردهای بین‌المللی برای اندازه‌گیری جریان آب در لوله‌ها.

AWWA (American Water Works Association): استانداردهای مختلف برای اندازه‌گیری و مدیریت جریان آب در شبکه‌های توزیع.

استانداردهای ملی

استاندارد ملی ایران (ISIRI 3711): استاندارد مربوط به اندازه‌گیری جریان آب و استفاده از تجهیزات اندازه‌گیری در سیستم‌های آبرسانی.

نتیجه

جریان آب در لوله ها تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله هندسه لوله، خواص سیال و رژیم جریان قرار می گیرد. درک اصول جریان آب و تسلط بر روش‌های محاسبه برای مهندسین و متخصصان درگیر در طراحی، بهره‌برداری و نگهداری سیستم‌های توزیع آب ضروری است. با به کارگیری اصول مکانیک سیالات و استفاده از ابزارهای مدلسازی پیشرفته، مهندسان می توانند شبکه های لوله را بهینه کنند، مصرف انرژی را به حداقل برسانند و از حمل و نقل مطمئن و کارآمد منابع آب اطمینان حاصل کنند. ادامه تحقیقات و نوآوری در مهندسی هیدرولیک درک ما از دینامیک جریان آب را بیشتر می‌کند و به توسعه زیرساخت‌های آب پایدار برای نسل‌های آینده کمک می‌کند.