برگزاری دفاعیه نهایی دکتری

چکیده این رساله به شرح زیر می‏باشد:
تخمین میزان آبشستگی پای لوله‌های انتقال نفت خام و گاز که تحت اثر جریان یک‌طرفه می‌باشد از اهمیت زیادی در طراحی سازه‌های مذکور برخوردار می‌باشد. آبشستگی پای لوله‌های انتقال در اثر جریان یک‌طرفه به دلیل نوسان‌های ناشی از پدیده آشفتگی، کشیدگی خطوط جریان، اندرکنش میدان جریان-رسوب و میدان جریان-لوله از پیچیدگی‌های زیادی برخوردار می‌باشد. به همین منظور هدف از این پژوهش مطالعه و بررسی عددی پدیده آبشستگی در مجاورت خطوط لوله انتقال در حالت فرسایش تونلی و کشیدگی گردابه‌ها به صورت یک پدیده دو‌فازه با توسعه یک مدل دوفازه لاگرانژ-لاگرانژ جدید بر مبنای روش هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) بوده که در آن برخورد بین ذرات رسوب با استفاده از روش برخورد نرم برگرفته شده از روش المان‌های مجزا (DEM) مدل‌سازی می‌شود. همچنین، در این مدل لاگرانژ-لاگرانژ حرکت ذرات رسوب و جریان سیال نیز با استفاده از روش SPH و به ترتیب به عنوان سیال غیر نیوتنی و نیوتنی مدل‌سازی می‌شوند. به همین منظور در این پایان‌نامه، در ابتدا مدل عددی فاز سیال مبتنی بر روش SPH به منظور تحلیل میدان جریان اطراف خط لوله توسعه یافته است، مدل فاز سیال مبتنی بر حل عددی معادله‌های پیوستگی و اندازه حرکت میانگین زمانی به همراه یک مدل آشفتگی SPS  می‌باشد و به منظور ارزیابی عملکرد مدل نتایج مطالعات شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی اونر و همکاران (2008) مقایسه شد. بررسی الگوی جریان اطراف لوله‌های انتقال در اعداد رینولدز بالا (9500) به ازای نسبت‌های متفاوت فاصله زیر لوله به قطر لوله انجام و مشخص شد که مدل عددی توسعه داده شده از توانمندی بسیار مناسبی در مدل‌سازی میدان جریان اطراف لوله چه از منظر توزیع سرعت افقی و چه از منظر کشیدگی گردابه برخوردار می‌باشد.
در ادامه به منظور بررسی کارایی برخورد نرم روش DEM  توسعه مدل رسوب بر مبنای این روش جهت مدل‌سازی آبشستگی پای لوله‌های انتقال تحت اثر جریان در دستور کار قرار گرفت. اما از آنجایی که جهت مدل‌سازی حرکت رسوبات نیاز به مدل‌سازی سیال نیز بود در همین راستا، از مدل اویلری احجام محدود توسعه داده شده توسط گل‌پرور (1383) استفاده شد. این مدل تحت عنوان مدل اویلر-لاگرانژ مورد استفاده قرار گرفت که در مدل مذکور از روش اویلری احجام محدود ترکیب شده با مدل آشفتگی   جهت تحلیل حرکت سیال و از روش لاگرانژی DEM جهت تحلیل حرکت ذرات رسوبات در پدیده آبشستگی استفاده شد. این مدل جهت بررسی آبشستگی پای لوله‌های انتقال در حالت بستر فعال بکارگرفته شد و نتایج مدل شبیه‌سازی در مقایسه با آزمایش‌های انجام شده توسط مائو (1986) نشان داد که مدل مذکور قابلیت نسبتا خوبی در مدل‌سازی آبشستگی پای لوله در اثر جریان دارد.
در ادامه مدل عددی دوفازه جدید در قالب یک مدل لاگرانژ-لاگرانژ تحت عنوان مدل ترکیبی روش هیدروردینامیک ذرات هموار و روش المان‌های مجزا برای مدل‌سازی دو‌فازه پدیده آبشستگی پای لوله در اثر جریان توسعه داده شد. در مدل توسعه داده شده با الهام از روش DEM به مدل‌سازی اصطکاک بین ذرات رسوب بر مبنای معیار گسیختگی موهر-کلمب پرداخته شد، در حالی که حرکت ذرات رسوب و سیال بر مبنای روش SPH و به ترتیب با در فرض سیال غیر نیوتونی و نیوتنی مدل‌سازی شد.
در ادامه، با استفاده از مدل جدید لاگرانژ-لاگرانژ توسعه داده شده بر مبنای روش SPH و برخورد نرم روش DEM به مدل‌سازی آبشستگی پای لوله در حالت بستر فعال پرداخته شد. نتایج نشان داد مدل توسعه داده شده توانایی لازم را جهت تخمین و توسعه نیمرخ آبشستگی در حالت آبشستگی فرسایش تونلی و آبشستگی ناشی از کشیدگی گردابه دارد. همچنین در این قسمت از پایان‌نامه ترم‌های اندرکنشی متعددی مانند نیروی پسا، تغییرات فشار و لزجت مورد بررسی قرار گرفت و در پایان مشخص شد که مدل لاگرانژ-لاگرانژ توسعه داده شده دارای قابلیت بسیار مناسبی در مدل‌سازی برخورد بین ذرات رسوب و گسیختی آن‌ها در آبشستگی بستر در اطراف لوله می‌باشد.
در این پایان‌نامه در بخش پیوست نیز با توسعه مدل ابزار محاسبات نرمی جدیدی مبتنی بر سیستم استنباط فازی (FIS) و روش بهینه‌سازی PSO (PSO-FIS-PSO) به بررسی فیزیک مساله آبشستگی پای لوله در اثر جریان پرداخته شد. در این قسمت پارامترهای موثر بر آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج نشان داد که سرعت جریان و قطر لوله دارای بیشترین تاثیر بر روی عمق آبشستگی و قطر متوسط ذرات دارای کمترین تاثیر بر عمق آبشستگی می‌باشد.

واژه‌های کلیدی: آبشستگی پای لوله، روش بهینه‌سازی PSO، سیستم استنباط فازی، مدل دوفازه لاگرانژ- لاگرانژ، مدل آشفتگی SPS، مدل دوفازه اویلر-لاگرانژ FVM