كيفية تحليل أنظمة المياه في ديناميكيات السوائل 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 إمدادات 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 للمستخدمين النهائيين، لذا فإن توفير المياه بكفاءة له أهمية قصوى عند تصميم شبكة إمدادات مياه جديدة أو عند توسيع شبكة موجودة.
كان حساب التدفقات والضغوط في شبكة معقدة يمثل تحديًا واهتمامًا كبيرًا للمشاركين في تصميم وبناء وصيانة أنظمة إمدادات المياه العامة.
يمثل تحليل وتصميم أنظمة إمدادات المياه (الأنابيب) أيضًا مشكلة معقدة نسبيًا، خاصةً عندما تتكون الشبكة من مجموعة من الأنابيب.
كما أنه شائع في أنظمة توزيع المياه في المدن الكبيرة، في ظل عدم وجود تسارع كبير في السوائل.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحديد سلوك الشبكة من خلال سلسلة من ظروف الحالة المستقرة، والتي تعد مكونًا صغيرًا ولكنه مهم لتقييم مدى كفاية الشبكة.
مثل هذا التحليل مطلوب كلما تغير نموذج الاستهلاك أو التسليم، أو كلما تمت إضافة ميزات.
مثل إضافة الماء أو إضافة مضخات التعزيز أو صمامات التحكم في الضغط أو صهاريج التخزين أو تغيير النظام.
راجع أيضًا: كيفية التعرف على فاتورة المياه
شبكات المياه بأنواعها المختلفة
تتكون جميع شبكات توزيع المياه الموجودة في جميع المدن بشكل أساسي من ثلاثة أنواع من الأنابيب.
تصنف هذه الأنابيب حسب ما تفعله وهي كالتالي:
خطوط نقل
- تختص هذه الأنابيب بنقل المياه من المصدر (خزانات التجميع الرئيسية) وتسليمها وإرسالها إلى نظام التوزيع.
خط التوزيع الرئيسي
- أما هذا النوع فهو يعمل في نقل المياه وإيصالها إلى جميع مناطق المدينة.
- انابيب الخدمة: وهي انابيب التصريف والفروع من انابيب التوزيع التي تعمل على نقل المياه من مختلف نقاط الاستهلاك.
تحليل إمدادات المياه
يمكن وصف تحليل أنابيب المياه بأنه إخضاع لقوة تدفق السوائل عبر نظام هيدروليكي عن طريق التحليل.
على وجه التحديد، شبكة تتضمن العديد من الفروع المتماسكة أو المتشابكة.
يكمن سر هذا التحليل في مراقبة معدل التدفق وتحديد انخفاض الضغط في أقسام فردية من الشبكة.
من أجل إرسال المياه إلى عدد من الأشخاص المشاركين في نظام إمدادات المياه الجماعية.
يجب التأكيد على أن المياه يتم توجيهها عبر شبكة مياه عذبة تتكون من سلسلة من الأنابيب المتصلة.
تواجه الشبكات من هذا النوع بعض المعضلات الخاصة بالتصميم الهيدروليكي، والتي تسمى “تحليل شبكة الأنابيب”.
لحل هذه المشكلة، عادةً ما يتم استخدام برنامج كمبيوتر يقوم تلقائيًا بحل المشكلة بعد حدوثها.
يمكن أيضًا حل هذه المشكلة باستخدام جدول بيانات متقدم مع برنامج حل المشكلات، بالإضافة إلى آلة رسوم بيانية حديثة.
كيفية تحليل شبكات المياه
في الماضي، تم استخدام العديد من الطرق لحساب التدفقات في نظام مائي، وتتراوح هذه الطرق من الطرق الرسومية.
إلى استخدام المقارنات الفيزيائية وأخيرًا لاستخدام النماذج الرياضية حيث تم تطوير تقنيات تحليل الشبكة هذه وتنفيذها على الكمبيوتر على مدار الخمسين عامًا الماضية.
تتوفر عدة طرق للتحليل وهي:
طريقة هاردي كروس
ربما تكون هذه هي أكثر طرق التحليل استخدامًا، وتقوم هذه الطريقة بضبط قيمة البداية الافتراضية.
استخدام توسيع من الدرجة الأولى لمعادلة القدرة من حيث عامل اختيار معدل التدفق في كل دائرة.
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 محدود لتطوير الحد الأدنى من تكاليف شبكات توزيع المياه.
تحاول هذه المنهجية حساب حالات عدم اليقين في التطبيقات المطلوبة والضغوط المطلوبة ومعاملات خشونة الأنابيب.
تمت صياغة مشكلة التحسين أيضًا كنموذج برمجة غير خطي، يتم حلها بطريقة التدرج المنخفض المعمم.
اتضح أن عدم اليقين في المتطلبات المستقبلية ومتطلبات الضغط 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 وخشونة الرأس والأنبوب كمتغيرات عشوائية.
يمكن للمرء أيضًا أن يفترض أن معامل الطلب على المياه وخشونة الأنبوب يتبع توزيعًا احتماليًا ثم يستخدم مولد أرقام عشوائي لتوليد قيم متغيرة عشوائية لكل عقدة وأنبوب.
ينفذ النمذجة الهيدروليكية، ويحسب الضغوط في ترتيب العقد الخاضعة للوفاء بالطلب.
أخيرًا، يمكن حساب التبعيات الهيدروليكية للنظام والعقدة باستخدام EPANET.
قد تكون مهتمًا أيضًا بما يلي: كيفية اكتشاف تسرب 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 في أنظمة التوزيع.
يمكن استخدامه لأنواع مختلفة من التطبيقات، في تحليل أنظمة التوزيع.
اليوم، يستخدم المهندسون والاستشاريون IBANT لتصميم وتوسيع نطاق البنية التحتية الجديدة للمياه، وكذلك لتحديث البنية التحتية القديمة الحالية؟
كما تعمل على تحسين أداء الخزان والمضخة، وتقليل استهلاك 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، حيث يعتمد بشكل أساسي على معادلات غير خطية موثوقة أو يعتمد على خسائر الاحتكاك، مما يحولها إلى معادلات خطية بحتة.
طريقة نيوتن رافسون
وهي تركز على المعادلات غير الخطية، بالإضافة إلى كونها الطريقة الأنسب لحل هذه المعادلات.
تشابه طوبولوجي
يتم استخدام منهجية قائمة على التشابه الطوبولوجي للحصول على نقطة بداية التكرار لحل مشاكل الخزان وخطوط الأنابيب.
في الوقت الحالي، تعتمد 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 فئة ما لحل المشكلات المعقدة الأخرى من نفس الفئة.
كما أنه يفتح الطريق لمفهوم فريد للإطار المرجعي، يتم استخدام حله للحصول على نقطة انطلاق لبدء عملية التكرار في مشاكل الخزان والأنابيب.
نظم المعادلات لشبكات المياه
توفر هذه الأنظمة معادلتين تتعلقان بالأنابيب البسيطة، وتحسب هذه المعادلات كلاً من: ناتج خسائر التفريغ والاحتكاك في الأنابيب، وهاتان المعادلتان على النحو التالي:
- معادلة الاقتران: والتي تتطلب بدورها وجود تفريغ بالداخل باتجاه أي نقطة ولكنها تتقاطع بالتساوي مع الصرف خارجها.
- معادلة الطاقة: المطلوبة لإيجاد مجموع خسائر الاحتكاك المتمركزة حول نقطة الصفر.
لقد اخترنا لك: طرق معالجة مياه الصرف الصناعي
بعد أن تعرفنا على كيفية تحليل شبكات المياه، نأمل أن تكون المعلومات التي شرحناها لكم مفيدة لكم، ونأمل أن ينال المقال موافقتكم.