پایان نامه آنالیز همبسته ترموهیدرومکانیکی محیط متخلخل با کاربرد مدل‌های رفتاری حالت بحرانی دارای تابعیت دمایی

تومان64,000

پس از مروری بر مطالعات گذشته در این زمینه و مدل‌های رفتاری ترمومکانیکی، رفتار ترموهیدرومکانیکی محیط متخلخل اشباع با عنوان مسئله تحکیم حرارتی در دو هندسه یک‌بعدی و دوبعدی با مدل‌های رفتاری الاستیک و الاستوپلاستیک مدل‌سازی است.

 

توضیحات

تعداد صفحه: 180 صفحه

چكيده

در سال‌های اخیر، همبستگی میان فرآیندهای انتقال گرما، جریان سیال و تنش-تغییر شکل در محیط متخلخل موضوع مهمی در مباحث مهندسی ژئوتکنیک شده و مطالعات تجربی و نظری متعددی درباره رفتار همبسته ترموهیدرومکانیکی محیط‌های متخلخل انجام گردیده است. رفتار کاملاً همبسته یک محیط متخلخل با وجود جریان گرما مستلزم آگاهی کامل از جریان‌های هیدرومکانیکی، هیدروترمال و اثر متقابل آنها بر یکدیگر می‌باشد. در این تحقیق رویکردهای مختلف فرآیندهای همبسته ترموهیدرومکانیکی در محیط‌های متخلخل بررسی گردیده و کاربردهای آن ارائه شده است. پس از مروری بر مطالعات گذشته در این زمینه و مدل‌های رفتاری ترمومکانیکی، رفتار ترموهیدرومکانیکی محیط متخلخل اشباع با عنوان مسئله تحکیم حرارتی در دو هندسه یک‌بعدی و دوبعدی با مدل‌های رفتاری الاستیک و الاستوپلاستیک مدل‌سازی است. نتایج نشان می‌دهد نوع مدل رفتاری و همچنین مقدار فشار پیش‌تحکیمی تاثیر بسزایی در نتایج تغییر مکان دارد. همچنین آزمایش بزرگ‌مقیاس ATLAS با استفاده از مدل‌های رفتاری الاستیک و مدل رفتاری ترمومکانیکی ارائه شده توسط حمیدی و خزاعی (2010) در دو هندسه یک‌بعدی و دوبعدی مدل‌سازی و با نتایج آزمایش مقایسه شده است. پیش‌بینی مدل رفتاری ترمومکانیکی به ویژه در تخمین تغییرات مقدار فشار حفره‌ای و جابجایی بسیار بهتر از مدل رفتاری الاستیک است. نتایج تحلیل دوبعدی در مقایسه با نتایج تحلیل یک‌بعدی، به نتایج آزمایش نزدیکتر است. این مسئله به ویژه در نتایج تغییرات مقدار جابجایی نمود بیشتری پیدا کرده است.

 

کلمات کلیدی: رفتار همبسته، ترموهیدرومکانیکی، تحکیم حرارتی، مدل‌های رفتاری، رس اشباع

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                         صفحه

فهرست جدول‌ها ‌ه

فهرست شكل‌‌ها ‌و

فصل 1-     کلیات      1

1-1-         مقدمه    2

1-2-         ضرورت تحقيق.. 2

1-3-         اهداف تحقیق.. 3

1-4-         فرضیات تحقیق.. 3

1-5-         روش تحقيق.. 3

1-6-         ساختار پایان‌نامه. 5

فصل 2-    فرآیند‌های همبسته و مروری بر متون فنی گذشته در زمینه مدل‌سازی عددی آنها    7

2-1-         مقدمه    8

2-2-         فرآیندهای همبسته. 9

2-3-         انواع مختلف فرآیند‌های همبسته. 9

2-4-         رویکرد‌های متفاوت در مدل‌سازی همبسته. 10

2-5-         کاربرد‌های تحلیل همبسته ترموهیدرومکانیکی در ژئوتکنیک… 11

2-5-1-      دما و ژئوتکنیک زیست‌محیطی.. 11

2-5-2-      حفاری‌های نفتی و فعالیت‌های تزریق و تولید. 13

2-5-3-      روش‌های حرارتی پاکسازی خاک از آلاینده 13

2-5-4-      سازه‌های زمین‌گرمایی.. 14

2-5-5-      حرارت در اطراف کابل‌های فشار‌قوی.. 15

2-5-6-      لندفیل‌ها 15

2-6-         فرآیندهای همبسته ترموهیدرومکانیکی در مخازن دفع پسماندهای هسته‌ای.. 16

2-6-1-      همبستگی هیدرولیکی – مکانیکی.. 16

2-6-2-      همبستگی مستقیم هیدرولیکی – حرارتی.. 17

2-6-2-1-  اثر دما بر جریان آب (همبستگی T→H) 17

2-6-2-2-  اثر هیدرولیکی بر توزیع دما (همبستگی H→T) 19

2-6-3-      همبستگی حرارتی – مکانیکی.. 19

1-3-6-2-  تاثیر دما بر مکانیک سنگ (همبستگی T→M) 19

2-6-3-2-  اثر مکانیک سنگ بر توزیع دما 20

2-6-4-      همبستگی حرارتی – هیدرولیکی – مکانیکی.. 20

2-7-         معادلات حاکم بر فرایند‌های همبسته ترموهیدرومکانیکی.. 21

2-7-1-      جریان آب زیر‌زمینی   21

2-7-1-1-  قانون دارسی            24

2-7-2-      انتقال گرما 25

2-7-2-1-  رسانش                    25

2-7-2-2-  همرفتی              26

2-7-2-3-  تشعشع           27

2-7-2-4-  تعادل حرارتی محلی         27

2-7-2-5-  انتقال گرما در زیر‌سطح        28

2-7-2-6-  رسانش و همرفت          28

2-7-2-7-  انتشار گرما    29

2-7-2-8-  انتقال گرما از طریق تشعشع    30

2-7-3-      اصل کلی تنش موثر و روابط تنش-کرنش…. 30

2-7-3-1-  روابط تنش-کرنش            32

2-7-4-      معادله بقای انرژی      33

2-7-5-      معادله تعادل    34

2-7-6-      معادله بقای جرم سیال.. 35

2-8-         پیشینه تحقیق.. 37

2-8-1-      مطالعات تجربی      38

2-8-1-1-  آزمایش CACTUS    40

2-8-1-2-  آزمایش ATLAS    41

2-8-1-3-  آزمایش PRACLAY         41

2-8-1-4-  آزمایش HE-D         42

2-8-2-      مطالعات عددی      43

فصل 3-    قوانین رفتاری ترمومکانیکی برای رس‌های اشباع.. 59

3-1-         مقدمه    60

3-2-         مدل هوکل و بورستو (1990) 60

3-2-1-      روابط ترموالاستیسیته. 61

3-2-2-      روابط ترموپلاستیسیته. 61

3-3-         مدل روبین و همکاران (1996) 62

3-3-1-      نرم‌شوندگی حرارتی سطح تسلیم.. 62

3-3-2-      سطح تسلیم ترمومکانیک… 63

3-3-3-      سطح تسلیم    63

3-4-         مدل گراهام و همکاران (2001) 64

3-4-1-      کرنش الاستیک        64

3-4-2-      سطح تسلیم    64

3-5-         مدل حمیدی و خزاعی (2010) 65

3-5-1-      فرضیات مدل    65

3-5-2-      فرمولاسیون مدل    66

3-5-3-      کرنش‌های حجمی   69

3-5-4-      کرنش‌های برشی      70

3-5-5-      قانون جریان    71

3-5-6-      سطح تسلیم    72

3-5-7-      بررسی عملکرد مدل.. 72

3-5-7-1-  رس عادی‌تحکیم‌یافته      73

3-5-7-1-1- شرایط زهکشی شده 73

3-5-7-2-  رس پیش‌تحکیم‌یافته      76

فصل 4-     مدل‌سازی مسئله تحکیم حرارتی… 80

4-1-         مقدمه    81

4-2-         نرم‌افزار PISA   81

4-3-         مدل‌سازی مسئله تحکیم یک‌بعدی.. 82

4-3-1-      تحلیل هیدرومکانیکی با استفاده از مدل الاستیک… 84

4-3-2-      تحلیل ترموهیدرومکانیکی با استفاده از مدل الاستیک… 85

4-3-3-      مقایسه نتایج تحلیل ترموهیدرومکانیکی با نتایج تحلیل هیدرومکانیکی.. 88

4-3-4-      تحکیم ترموهیدرومکانیکی با استفاده از مدل الاستوپلاستیک… 90

4-4-         تحکیم دو‌بعدی ترموهیدرومکانیکی با مدل الاستیک… 93

فصل 5-    مدل‌سازی عددی فرآیندهای ترموهیدرومکانیکی در مدفن پسماندهای هسته‌ای.. .. 97

5-1-         مقدمه    98

5-2-         آزمایشگاه زیرزمینی HADES. 100

5-3-         آزمایش ATLAS  102

5-3-1-      رس BOOM      103

5-3-1-1-  مشخصات ترموهیدرومکانیکی رس BOOM… 104

5-3-1-2-  پارامترهای مکانیکی      105

5-3-1-3-  شرایط اولیه        106

5-4-         مدل‌سازی   106

5-4-1-      مدل‌سازی یک‌بعدی متقارن.. 108

5-4-1-1-  نتایج مدل‌سازی با استفاده از مدل الاستیک… 110

5-4-1-2-  نتایج مدل‌سازی با استفاده از مدل رفتاری ترمومکانیکی.. 115

5-4-1-3-  مقایسه نتایج تحلیل یک‌بعدی با استفاده از مدل‌های الاستیک و ترمومکانیکی.. 119

5-4-2-      مدل‌سازی دوبعدی متقارن.. 124

5-4-2-1-  مدل‌سازی با استفاده از مدل رفتاری الاستیک… 125

5-4-2-2-  مدل‌سازی با استفاده از مدل رفتاری ترمومکانیکی.. 130

5-4-2-3-  مقایسه نتایج تحلیل دوبعدی با استفاده از مدل‌های الاستیک و ترمومکانیکی.. 135

5-4-3-      مقایسه نتایج حاصل از مدل‌سازی یک‌بعدی و دوبعدی.. 140

فصل 6-    نتیجه‌گیری و ارائه پیشنهادات برای تحقیقات بعدی.. 145

6-1-         مقدمه    146

6-2-         اهم نتایج تحقیق حاضر. 146

6-3-         پیشنهادهایی برای پژوهش‌های آتی.. 148

ضمیمه الف- روابط مدل حمیدی و خزاعی (2010) در فضای نامتغیرهای تنش…. 150

الف-1-       مقدمه    151

الف-2-       پارامترهای وابسته به دما 151

الف-3-       سطح تسلیم.. 151

الف-4-       پارامتر سخت‌شوندگی p’c 152

فهرست مراجع      155

×
×

سبد خرید