هیدرولیک سیستم های تصفیه آب و فاضلاب

رهنمود

افزایش مصرف آب جوامع شهری و روستایی به دلیل زیاد شدن جمعیت و ایجاد و توسعه طرح‌های صنعتی و خدماتی، لزوم ارتقا و بهبود استانداردهای آب مصرفی و همچنین تصفیه فاضلاب‌های شهری و روستایی و صنعتی جهت جلوگیری از تخریب محیط زیست و حفظ و توسعه پایه‌ای آن، ایجاد و توسعه تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب را اجتناب‌ناپذیر می‌نماید. در این راستا شرکت‌های آب و فاضلاب شهری و روستایی با احداث و بهره‌برداری از تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب گام‌های اساسی و موثری را در سال‌های اخیر برداشته‌اند. لیکن باتوجه به سرمایه‌گذاری اولیه زیاد برای ایجاد و توسعه و همچنین بهره برداری از تأسیسات تصفیه‌خانه های آب و فاضلاب، لزوم طراحی مناسب و بهینه این تأسیسات را ضروری می‌نماید.
طراحی هیدرولیکی سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب یکی از مهمترین بخش‌های طراحی می‌باشد که در صورت عدم وجود دانش کافی از هیدرولیک، می‌تواند موجب افزایش هزینه‌های سرمایه‌گذاری‌های اولیه و همچنین کاهش راندمان بهره برداری و در بعضی مواقع موجب ناکارآمدی سیستم‌های تصفیه گردد.
برای طراحی مناسب و بهینه تأسیسات تصفیه آب و فاضلاب، تدوین استانداردها و ترجمه کتب و منابع خارجی لازم و ضروری می‌باشد. لذا در راستای ارتقای دانش فنی مربوط به هیدرولیک سیستم‌های تصفیه، مهندسین مشاور سازه آب شفق با حمایت شرکت آب و فاضلاب روستایی استان آذربایجان غربی نسبت به ترجمه و چاپ کتاب حاضر جهت استفاده طراحان و دانشجویان اهتمام ورزیده اند که از تمامی دست اندرکاران ترجمه و چاپ این اثر، تشکر و قدردانی می‌نماید.

اسماعیل علیزاده
رییس هیئت مدیره و مدیرعامل
شرکت آب و فاضلاب روستایی
استان آذربایجان غربی

پیشگفتار

این مشاور در زمینه آب و فاضلاب و تصفیه‌خانه‌ها طرح های فراوانی در سطح کشور انجام داده است. بنابراین تجربه بسیاری هم در کنار کارفرمایان گوناگون و دیگر همکاران اندوخته است. آنچه تاکنون بدست آمده، نشان داده است که هنوز در ابتدای راه هستیم و نیاز بیشتری به علم روز دنیا و افزایش توانایی‌های فنی داریم.
 از اینرو به پیشنهاد جناب آقای مهندس علیزاده مدیریت محترم شرکت آب و فاضلاب روستایی آذربایجان غربی گوش سپردیم و کتاب حاضر نشانه پشتیبانی گروه همکاران آن مدیریت شایسته است. همکاران امور آب و فاضلاب این مشاور نیز، بی گمان بهترین نیستند ولی تلاش کرده‌اند داشته‌هایشان را به بهترین وجه ممکن در اختیار خوانندگان گرامی قرار دهند و امیدوارند که دسترنج آنها سودمند باشد. هرچند که این تحفه، ترجمه‌ای است و چشم به آتیه داریم تا دست‌نوشته ای ارزشمند پیشکش نماییم.
 بهتر شدن این نسخه، نیازمند همفکری شما دوست مهربان است. هرچه برایمان ایراد کنید، به دیده منت پذیرا هستیم.
 
 
 در کوی نیک نامان ما را گذر ندادند/ گر تو نمی پسندی تغییر ده قضا را

 
   با سپاس فراوان
 علیرضا سهرابی بالسینی
 رییس هیئت مدیره و مدیرعامل
 شرکت مهندسی مشاور سازه آب شفق

فهرست

 
 فصل اول 11
 مقدمه ای بر سیستم های تصفیه و هیدرولیک آنها 11

 فصل دوم 23
 خصوصیات سیال 23
 چگالی 24
 رابطه بین گرادیان سرعت و نیروی برشی 26
 قانون ویسکوزیته نیوتن 28
 سیالات غیرنیوتنی 30
 سیال غیر نیوتنی Bingham plastics 30
 سیال غیر نیوتنی Pseudoplastic 30
 سیال غیر نیوتنی (Dilatants) 32
 وابستگی زمانی ویسکوزیته 33
 کشش سطحی 33
 فشار بخار 38

 فصل سوم 43
 استاتیک سیال 43
 فشار سیال 44
 نیروی ثقل (Fg) 47
 نیروی قائم وارد بر سطح a، Fp,y(a) 47
 مولفه عمودی فشار وارد بر سطح c، Fp,y(c) 49
 سطح مبنای فشار 48
 تغییرات فشار با ارتفاع 49
 نیروهای فشار ایستابی بر سطوح 54
 الف) سطوح صاف 54
 ب) سطوح خمیده (غیرصاف) 56

 فصل چهارم 61
 اصول و مبانی جریان سیال 61
 موازنه های عمومی 62
 موازنه جرم 63
 موازنه جرم در مقیاس میکرو 64
 موازنه جرم در مقیاس ماکرو 65
 خلاصه موازنه جرم 67
 معادلات حرکت (Equation of motion) 68
 ترمودینامیک 71
 اشکال انرژی 73
 انتقال انرژی 75
 موازنه های انرژی 77
 معادله برنولی 81

 فصل پنجم 89
 اصول و مبانی جریان سیال 89
 خصوصیات ویژه (پدیده های) جریان سیال (fluidflow phenomena) 90
 جریان لامینار 92
 جریان آشفته 99
 محاسبه ضریب اصطکاک جریان آشفته 101
 لایه های مرزی و طول انتقال 104
 کاهش اصطکاک با افزایش پلیمر 107
 جریان داخل مقطع عرضی غیرمدور 108
 افت اصطکاک ناشی از تغییرات مسیر و سرعت 108
 انواع حالت های حل پارامترهای جریان 116
 رویکرد نوع اول 117
 رویکرد نوع دوم 117
 رویکرد نوع سوم 117
 سیالات غیرنیوتنی 119

 فصل ششم 125
 انواع پمپ و الکتروموتور 125
 انواع پمپ های رایج 130
 پمپ های جابجایی مثبت 131
 پمپ های سانتریفوژ (پمپ های گریز از مرکز) 132
 ترکیب پمپ گریز از مرکز 134
 قوانین پمپ سانتریفوژ 135
 قوانین پیوستگی پمپ 141
 منحنی خصوصیات پمپ (pump characteristic curves) 144
 کنترل سیستم 147
 کاویتاسیون (cavitation) 150
 اصول و مبانی موتورهای الکتریکی 155
 موتورهای القایی با قفسه محافظ (squirrelcage induction motors) 155
 موتورهای القایی با حلقه لغزان 156
 موتورهای همزمان (synchronous motors) 156
 سرعت موتور 157
 گشتاورموتور برقی 158
 اجزای موتور 159
 راندمان موتور 160
 محرک های پله ای (variable-speed drives) 163

 فصل هفتم 167
 اتلاف اصطکاکی در جریان در محیط دانه ای 167
 فیلتراسیون با استفاده از مصالح دانه ای 168
 مقاطع کربن فعال دانه ای 170
 افت حاصل از اصطکاک در مصالح دانه ای 171
 ویژگی های جریان سیال در محیط دانه ای 171
 تشکیل معادله افت اصطکاکی 172
 شناورسازی مصالح دانه ای بستر 177

 فصل هشتم 183
 شیرها 183
 تقسیم بندی شیرها از لحاظ کاربرد 184
 انواع شیرها 185
 شیرهای سماوری (پلاگ) 190
 شیرهای یکطرفه 191
 شیرهای فشارشکن (pressure relief valves) 192
 توصیه های کاربردی در استفاده از شیرها 193
 محرک های شیر 195
 جنس شیرها 197
 عبور جریان از شیر 198

 فصل نهم 203
 ابزارآلات 203
 اندازه گیری فشار 204
 لوله بوردون 205
 دیافراگم ها 207
 مانومترها 209
 اندازه گیری نرخ جریان (دبی) 210
 صفحه های اوریفیس 210
 ونتوری متر 211
 دبی سنج های مغناطیسی 212
 دبی سنج های اولتراسونیک (فراصوتی) 213
 دبی سنج توربینی و پروانه ای 215
 مقایسه دبی سنج ها 215
 اندازه گیری دبی در کانال های روباز 216

 فصل دهم 221
 جنس لوله ها و خوردگی 221
 جنس لوله ها 222
 لوله های آهنی 222
 آلیاژ مس 223
 مواد سیمانی 223
 مواد ترموپلاستیک 223
 خوردگی 223
 رسوبات حاصل از خوردگی 227
 انواع خوردگی 230
 خوردگی گالوانیکی 230
 خوردگی موضعی 232
 خوردگی پیل غلظتی (concentration cell corrosion) 233
 کاهش خوردگی 233

 فصل یازدهم 239
 جریان ناپایدار (گذرا) سیالات 239
 جریان های ناپایدار 240
 امواج فشار 247
 سرعت موج فشار 250
 کاهش عواقب و آسیب های ناشی از شرایط گذرا 254

 فصل دوازدهم 257
 جریان در مجاری روباز 257
 معادله مانینگ 258
 انرژی مخصوص جریان در مجاری روباز 263
 خطوط تراز هیدرولیکی 270