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 معدلات التدفق وانخفاض الضغط في الأقسام الفردية للشبكة، نظرًا لأن هذه مشكلة شائعة في التصميم الهيدروليكي، اتبع مقالة تحليل نظام المياه.
جدول المحتويات
نظام توزيع المياه
نظام توزيع المياه عبارة عن بنية تحتية هيدروليكية تتكون من عناصر مثل الأنابيب والخزانات والمضخات والصمامات وما إلى ذلك.
يعد توفير مياه الشرب للمستخدمين النهائيين أمرًا ذا أهمية حيوية، وبالتالي، فإن توفير المياه بكفاءة له أهمية قصوى عند تصميم شبكة توزيع مياه جديدة أو عند توسيع الشبكة الحالية.
كان حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة يمثل تحديًا واهتمامًا كبيرًا للمشاركين في تصميم أنظمة توزيع المياه العامة وبنائها وصيانتها.
يعد تحليل وتصميم شبكات المياه (الأنابيب) أيضًا مشكلة معقدة نسبيًا، خاصةً عندما تتكون الشبكة من مجموعة من الأنابيب.
كما أنه شائع في أنظمة توزيع المياه في المناطق الحضرية الكبيرة عندما لا يكون هناك تسارع كبير في السوائل.
يمكن أيضًا تحديد سلوك الشبكة من خلال سلسلة من شروط الحالة المستقرة، والتي تعد مكونًا صغيرًا ولكنه مهم لتقييم كفاية الشبكة.
مثل هذا التحليل مطلوب عندما يكون تغيير نمط الاستهلاك أو العرض مهمًا أو يتم إضافة ميزات.
ب- قم بتزويد المياه أو إضافة مضخات التعزيز أو صمامات التحكم في الضغط أو صهاريج التخزين أو إجراء تغيير في النظام.
راجع أيضًا: كيفية الاستعلام عن فاتورة المياه
أنواع شبكات توزيع المياه
جميع شبكات توزيع المياه الموجودة في جميع المدن تأتي أساسًا من ثلاثة أنواع من الأنابيب.
يتم تصنيف هذه الأنابيب حسب وظيفتها وهي كما يلي:
خطوط نقل
- هذه الأنابيب هي التي تختص بنقل المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية) وتوصيلها وتوجيهها إلى نظام التوزيع.
خط التوزيع
- يتعلق هذا النوع بنقل المياه وتوصيلها إلى جميع مناطق المدينة.
- خطوط الإمداد: وهي عبارة عن منافذ وخطوط فرعية من خطوط التوزيع، وتستخدم لنقل المياه من مختلف نقاط الاستهلاك.
تحليل مواسير المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه بإخضاع قوة تدفق السائل عبر نظام هيدروليكي من خلال التحليل.
على وجه التحديد، شبكة تتضمن العديد من الفروع المترابطة أو المتشابكة.
السر وراء هذا التحليل هو مراقبة معدلات التدفق وتحديد انخفاض الضغط داخل أقسام الشبكة الفردية.
لتوجيه المياه إلى عدد من الأشخاص المشاركين في نظام إمدادات المياه البلدية.
يجب التأكيد على أن المياه يتم توجيهها عبر شبكة مياه عذبة تتكون من عدة أنابيب متصلة ببعضها البعض.
تواجه الشبكات من هذا النوع بعض المعضلات الخاصة بالتصميم الهيدروليكي، ويشار إليها باسم “تحليل شبكة الأنابيب”.
لحل هذه المشكلة، يتم استخدام برنامج كمبيوتر بشكل شائع، والذي يحل المشكلة تلقائيًا بعد حدوثها.
يمكن أيضًا حل هذه المشكلة باستخدام جدول متقدم مع برنامج حل المشكلات، وكذلك باستخدام جهاز رسومات حديث.
كيفية تحليل شبكات المياه
تم استخدام العديد من الطرق في الماضي لحساب التيارات في نظام المياه وتتنوع هذه الطرق من الطرق الرسومية.
لاستخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا استخدام النماذج الرياضية، حيث تم تطوير طرق تحليل الشبكة هذه وتنفيذها على أجهزة الكمبيوتر على مدار الخمسين عامًا الماضية.
تتوفر عدة طرق للتحليل وهي:
طريقة هاردي كروس
ربما تكون هذه هي أكثر طرق التحليل استخدامًا، وهذه الطريقة تصحح 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 تتقارب ببطء شديد أو لا تتقارب على الإطلاق.
وهذا يؤدي إلى اقتراح تدابير خاصة لتحسين التقارب ونموذج مقيد لتصميم الحد الأدنى من تكلفة شبكات توزيع المياه.
حاولت هذه المنهجية حساب حالات عدم اليقين في التطبيقات المطلوبة، ورؤوس الضغط المطلوبة، ومعاملات خشونة الأنابيب.
تتم صياغة مشكلة التحسين أيضًا كنموذج برمجة غير خطي، يتم حلها باستخدام طريقة التدرج المنخفض المعمم.
يبدو أن عدم اليقين المحيط بالمتطلبات المستقبلية ومتطلبات الرأس وخشونة الأنابيب يمكن أن يكون لها تأثير كبير على التصميم والتكلفة المثلى.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن حساب موثوقية نظام توزيع المياه من خلال معالجة الطلب والرأس وخشونة الأنابيب كمتغيرات عشوائية.
يمكن أيضًا افتراض أن الطلب على المياه ومعامل خشونة الأنبوب يتبعان توزيعًا احتماليًا، ثم يستخدم مولد أرقام عشوائي لتوليد قيم المتغيرات العشوائية لكل عقدة وأنبوب.
يقوم بتشغيل محاكاة هيدروليكية، ويحسب الرأس في ترتيب العقد عند تنفيذ الطلبات.
أخيرًا، يمكن حساب التبعيات الهيدروليكية للنظام والعقد باستخدام EPANET.
قد تكون مهتمًا أيضًا بـ: كيفية اكتشاف تسربات المياه
طريق تطبيق ibant
IBANT هو تطبيق برمجي يُستخدم في جميع أنحاء العالم لنمذجة أنظمة توزيع المياه وقد تم تطويره كأداة لفهم حركة ومصير مكونات مياه الشرب داخل أنظمة التوزيع.
يمكن استخدامه للعديد من أنواع التطبيقات المختلفة في تحليل نظام التوزيع.
يستخدم المهندسون والاستشاريون اليوم IBANT لتصميم وتوسيع نطاق البنية التحتية الجديدة للمياه وتعديل البنية التحتية القديمة الحالية؟
كما تعمل على تحسين عمليات الخزانات والمضخات، 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
تلعب هذه الطريقة، التي تسمى أيضًا طريقة Word-Garls، دورًا مهمًا في طريقة إيجاد الحل الأمثل.
نظام المعادلات لشبكات الأنابيب، لأنه يعتمد بشكل أساسي على معادلات غير خطية موثوقة أو يعتمد على خسائر الاحتكاك التي تحولها إلى معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
يركز على المعادلات غير الخطية وهو أيضًا الطريقة الأكثر ملاءمة لحل هذه المعادلات.
تشابه طوبولوجي
يتم استخدام منهجية قائمة على التشابه الطوبولوجي للحصول على نقطة بداية التكرار لحل مشاكل الخزان والأنابيب.
اعتبارًا من الآن، تستند نقطة البداية الأولية للتكرار على عمل تخميني بحت يمكن دعمه بالتجربة، ويأتي مفهوم التشابه الطوبولوجي من مبدأ شبه العمل (PQW).
في هذا المبدأ (PQW)، يتم استخدام حل أي مشكلة في الفئة لحل المشكلات المعقدة الأخرى من نفس الفئة.
كما أنه يمهد الطريق لمفهوم فريد للنظام المرجعي، يتم استخدام حله للحصول على نقطة البداية لبدء عملية التكرار لمشاكل الخزان والأنابيب.
نظم المعادلات لشبكات المياه
توفر هذه الأنظمة معادلتين تتعلقان بالأنابيب البسيطة ويتم حساب هذه المعادلات على التوالي: ناتج التفريغ وخسارة الاحتكاك في الأنابيب وهاتان المعادلتان على النحو التالي:
- معادلة التوصيل: والتي بدورها تتطلب وجود تصريف داخلي لأي نقطة، ولكنها تتقاطع بالتساوي مع الصرف الخارجي.
- معادلة الطاقة: مطلوبة لإيجاد مجموع خسائر الاحتكاك المتمركزة حول نقطة تساوي الصفر.
لقد اخترنا لك: عمليات معالجة مياه الصرف الصناعي
بعد تعلم كيفية تحليل شبكات المياه نتمنى أن تكون المعلومات التي شرحناها لكم مفيدة لكم ونتمنى أن يكون المقال قد نال موافقتكم، ولمزيد من الموضوعات قم بزيارة موقع مقل!