کاربرد نانو ولاستونیت در بهبود مقاومت بستر اطراف لوله ها در برابر آبشستگی موضعی: بررسی آزمایشگاهی

آبشستگی موضعی اطراف خطوط لوله مستقر بر بستر رودخانه ها از مهم ترین چالش های مهندسی هیدرولیک به شمار می رود که می تواند ایمنی و پایداری سامانه های انتقال سیال را تحت تاثیر قرار دهد. در این پژوهش، به منظور بررسی کارایی نانومواد در کنترل این پدیده، مجموعه ای از آزمایش های فلومی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه مراغه اجرا گردید. بستر آزمایش با ابعاد مشخص و رسوب غیریکنواخت با قطر متوسط ذرات (D۵۰=۰.۷۸ mm) آماده شد و لوله ای به قطر ۹ سانتی متر در مرکز آن قرار گرفت. آزمایش ها در دو حالت، شامل بستر شاهد (فاقد افزودنی) و بستر اصلاح شده با ۳/۰ درصد وزنی نانوماده ولاستونیت (CaSiO₃) و در دبی های ۱۵ و ۲۰ لیتر بر ثانیه انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که استفاده از نانو ولاستونیت باعث کاهش معنادار عمق نهایی آبشستگی نسبت به حالت شاهد شد، به طوری که این کاهش در شرایط مختلف به طور میانگین بین ۷ تا ۱۰ درصد متغیر بود. تحلیل پروفیل های طولی آبشستگی بیانگر آن است که حضور نانومواد با افزایش چسبندگی بین ذره ای، ارتقای مقاومت برشی بستر، و تضعیف گردابه های نعل اسبی و جریان های برخاستی، از گسترش فرسایش جلوگیری کرده و الگوی رسوب گذاری یکنواخت تری ایجاد نموده است. افزون بر این، نتایج حاکی از آن است که بستر در حضور نانومواد با سرعت بیشتری به شرایط تعادل رسیده است. در مجموع، یافته های این تحقیق نشان می دهد که نانوماده ولاستونیت می تواند به عنوان رویکردی موثر، پایدار و زیست سازگار در مدیریت و کنترل آبشستگی موضعی خطوط لوله در محیط های رودخانه ای و دریایی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

آبشستگی موضعی ، خطوط لوله ، نانوماده ولاستونیت ، مقاومت برشی بستر ، گردابه نعل اسبی