لوله حاوی جریان سیال

مسئله لوله حاوی جریان سیال از حدود سال 1950 به منظور تحليل ارتعاشات خطوط انتقال نفت به طور جدي مورد بررسي قرار گرفت. انجام پروژه

علي رغم اينکه اين سيستم از لحاظ ساختاري سيستمي ساده است اما در نظر رفتار ديناميکي بسيار پيچيده است . وجود پديده هاي بسيار جالب و متنوع غيرخطي دررفتار ديناميکي اين سيستم باعث علاقه مندي رياضي­دانان و فيزيک­دانان يه اين مسئله شد، که خصوصا در لوله هاي يک سرگيردار بيشتر نمود پيدا مي کند.

مدل­سازي چنين سيستمي در مبدل هاي حرارتي، رآکتورهاي هسته اي، ابزارهاي نانو و ميکرو، سيستم انتقال سوخت راکتورها (به علت اهميت کاهش وزن و در نتيجه انعطاف پذيري بيشتر )، رباتها و تجهيزات پيمايش­گر زيرآبي، بررسي اضمحلال ريوي و … کاربرد دارد.

پژوهش های مرتبط با لوله حاوی جریان سیال

در مطالعه نوسانات خودتحريک يک لوله حامل جريان آب اولين بار توسط بريليون در سال 1885 صورت گرفت اما کار او منتشر نشد. بوريز ، يکي از دانشجويان بريليون اولين ، اولين کسي بود که مطالعاتي جدي در مورد اين مسئله انجام داد.

در يک مقاله بسيار ارزشمند که در سال 1939 منتشر شد، بوريرز طبيعت ناپايداري نوساني لوله حاوي جريان سيال يکسرگيردار را به صورت تئوري و آزمايشي مورد بررسي قرارداد ،  متاسفانه اين مقاله به علت مصادف شدن زمان انتشار با شروع جنگ جهاني دوم براي براي ديگر افرادي که در اين زمينه کار کردند ناشناخته باقي ماند تا اينکه در سال 1972 توسط پايدوسيس بازشناخته شد .

بوريرز اگرچه نتوانست سرعت بحراني براي شروع نوسانات را به صورت تحليلي بدست آورد اما او معادلات حرکت را به درستي بدست آورد و بيشتر ويژگي هاي برجسته اين پديده را معين کرد.

مقالات مرتبط لوله حاوی سیال

از سال 1950 به علت مطالعه ارتعاشات خطوط لولهTrans-Arabian ، اين موضوع مجددا توسط اشلي و هاويلند مورد توجه قرار گرفت؛ اما متاسفانه معادله حرکتي که بدست آوردند اشتباه بود.

بعدا معادلات صحيح توسط فئودوس، هازنر  و نيوردسن يه صورت مجزا استخراج شد. آنها لوله دوسرثابت را به صورت تئوري مورد مطالعه قرار دادند و دريافتند که در سرعت هاي به اندازه کافي بالا لوله ممکن است که دچار کمانش شود، مانند يک ستون که تحت بار محوري قرار گرفته است.

لانگ  اولين کسي بود که بعد از بوريرز ، لوله حاوي جريان يکسرگيردار را مورد توجه قرارداد ؛ البته او ساير شرايط مرزي را نيز درنظرگرفت. اما روش حل او فقط براي سرعت هاي پايين قابل استفاده بود، بنابراين او نتوانست ناپايداري هاي نوساني را که بوريرز و بريليون مشاهده کرده بودند پيدا کند.

لوله حاوی جریان سیال

منابع تحلیل ریاضیاتی لوله حاوی سیال

هندلمن ، بولوتين   و مووچان  جنبه هاي مختلف مسئله لوله حاوي جريان با دوسرثابت را مورد بررسي قرار دادند و سهم بسزايي در تحليل رياضياتي اين مسئله داشتند. سرانجام، آزمايشات دادس و رانيان  تطابق خوبي را با تئوري هاي پيشين در مورد کمانش ناشي از جريان سيال نشان داد.

تئوری و آزمایشهای مربوطه

در همه کارهايي که در بالا ذکر شد، به جز کار بوريرز، تنها شکل ناپايداري کشف شده در اين مسئله، کمانش بود. تا اينکه در سال 1966 پايدوسيس و گريگور   به صورت تئوري و آزمايشي نشان دادند که اگر سرعت سيال به اندازه کافي بالا باشد ناپايداري لوله يکسرگيردار بجاي کمانش (انحراف) از نوع ناپايداري نوساني(فلاتر) خواهد بود.

البته بايد به اين نکته اشاره کرد که وجود ناپايداري هاي نوساني قبلا توسط بنجامين  پيش بيني شده بود. او با گسسته سازي لوله انعطاف پذير بصورت بندبند (تکه لوله هاي صلب با مفصل هاي انعطاف پذير در بين آنها) و مطالعه آن دريافت که لوله يکسرگيردار حامل جريان مي تواند دچار ناپايداري نوساني شود .

بنجامين اولين کسي بود که پي برد که ديناميک اين مسئله  مستقل از اصطکاک سيال است و بطور تحليلي وجود ناپايداري نوساني در لوله هاي يکسرگيردار حامل جريان را پيش بيني کرد و هردوي اين اثرات بعدا بوسيله کار گريگوري و پايدوسيس مورد تاييد قرارگرفت.

انجام پروژه