کاویتاسیون در سرریزهای سدهای بلند و چگونگی فروپاشی حباب کاویتاسیون در مجاورت سطوح و جلوگیری از پدیده تخریب

سرریز به عنوان بیمه کننده از سازه¬های اساسی است که باید در طراحی و ساخت هر سد بزرگ در نظر گرفته شود. از جمله مسائل به وجود آمده در سرریزهای بلند پدیده کاویتاسیون می¬باشد. معمولاً بر روی سطوح بتنی سرریزها ناهمواری¬هایی وجود دارد که با جاری شدن آب از روی آن ها و افزایش سرعت جریان باعث جداشدگی جریان از سطح سرریز و کاهش موضعی فشار گشته و نتیجه آن وقوع پدیده کاویتاسیون و فرسایش سطح بتن و در نهایت تخریب سازه می¬باشد. این پدیده مخرب تاکنون در سدهای بسیاری در نقاط مختلف دنیا باعث ایجاد خسارات سنگین شده است. موثرترین روش کنترل کاویتاسیون هوادهی مصنوعی جریان می¬باشد که این هدف با تعبیه هواده ها در سرریز تأمین می گردد. راه های متعددی جهت مقابله با این پدیده و تخریب ناشی از آن پیشنهاد شده است که عبارت اند از هوادهی، استفاده از بتن الیافی و استفاده از روکش های فولادی.سرریز سدها از جمله سازه هاییهستند که در معرض خطر کاویتاسیون می¬باشد. احتمال وقوع کاویتاسیون با عدد کاویتاسیون سنجیده می¬شود و برای محاسبه مقدار اندیس کاویتاسیون پیش بینی فشار، در محل سرریز ها عامل اساسی خواهد بود. سرعت زیـاد جریـان در سرریـزها می¬توانند سبب تغییر ناگهانی عوارض کاویتاسیون در مرز شود که باعث ایجاد خسارت کاویتاسیون شده که اغلب با سوراخ و حفره های اسفنجی یا تخریب بتن مسلح در مقیاس بزرگ و پوشش فولادی مواجه هستیم که مستقیماً به طرح اصلی وابسته خواهد بود. در این پایان نامه هدف ما شناسایی مشکلات کاویتاسیون بر روی سرریزها و ارائه روش های جدید، جهت شناخت پروسه کاویتاسیون بر روی سرریزها و تخمین خسارات احتمالی و همچنین روش های پیشگیری و جلوگیری از این پدیده مخرب می¬باشد.با توجه به اینکه ساخت مدل های فیزیکی در آزمایشگاه هزینه های زیادی را در بر می گیرد بنابراین بررسی پدیده کاویتاسیون با استفاده از مدلهای ریاضی از جمله ریاضیات فازی صورت می گیرد. بنابراین جهت بررسی این پدیده از ریاضیات فازی بهره برده و پس از تعیین توابع عضویت، طرح تعیین خسارت را مشخص نمودیم. برای این منظور ابتدا عوامل دخیل در این پدیده شناسایی شده و سپس مجموعه فازی شدت خسارت و تابع عضویت مشخص گردید. برای ورودی های غیر فازی مسئله مطرح شده که اندیس کاویتاسیون و سرعت هستند از سیستم استلزام فازی ممدانی استفاد شد. سپس به روش سنتی میزان خسارت سرریز سد کارون محاسبه گردید و با سطح آسیب به روش فازی مقایسه گردید. نتایج نشان داد در روش سنتی این سرریز دچار هیچ گونه آسیبی نمی شود زیرا اندیس کاویتاسیون بالای حد بحرانی است اما با توجه به مدل فازی چنانچه جریان با این سرعت و فشار محیط و در نتیجه شاخص کاویتاسیون ادامه پیدا کند آسیب خفیـف و سبک آغاز می شود که لزوماً به معنای خطر نمی-باشد. نتیجه کلی این پژوهش نشان می دهد خسارت کاویتاسیون در یک شرایط دقیق و مطلق اتفاق نمی افتد بلکه تدریجی است و نیازمند تداوم جریان و شرایط عملیات در زمان کافی و حتی بیش از آن می باشد. در مطالعات انجام شده و مقایسه آنها با خسارت بوقوع پیوسته مشخص نموده که زمان پیش بینی شده جهت وقوع خسارت زودتر از زمان واقعی برای خسارت بوده است.