حجم نسبی (relative volume)

منحنی مشخصات هوا یا همان دیاگرام سایکرومتریک، دیاگرامی است که شامل تمام پارامترهای قابل اندازه گیری هوا می­ باشد.
منحنی مسخصات هوا یا همان نمودار سایکومتریک دارای اطلاعات زیر است: دمای خشک Dry-bulb Temperature دمای مرطوبWet-bulb Temperature نقطه شبنم Dew point Temperature آنتالپی مخصوص Specific Enthalpy حجم مخصوص Specific Volume رطوبت مخصوص Specific Humidity رطوبت نسبی Relative Humidity ضریب حرارت مخصوص در حال حاضر منحنی­های متفاوتی برای مشخصات هوا به کار برده می­ شود اما مهم­ترین و معمول ترین آنها دیاگرامی است که روی محور افقی درجه حرارت خشک (DBT) و روی محور قائم آن رطوبت مخصوص (W) درج گردیده. و ما بین این دو محور خطوط رطوبت نسبی، حجم مخصوص، دمای مرطوب و … ترسیم شده است. شکل زیر شمای ساده ای از این نمودار با خطوط متفاوتی که نشانگر پارامترهای ذکر شده در بالا می باشند، را نشان می­ دهد. هر نقطه روی این منحنی معرف مشخصات مخلوط هوا و بخار آب می­ باشد. دمای خشک دمای خشک معمولا به دمای هوا در حالت عادی گفته می شود که با دماسنج معمولی قابل اندازه گیری است. این دما بیان کننده میزان گرما هواست و در پایین جدول روی محور افقی قرار دارد و به آن Dry-bulb temperature می­ گویند.
این دما را با دماسنج­ های معمولی و به دور از تشعشع می­ خوانند.
بیشتر محاسبات تهویه مطبوع و حرارت مرکزی با استفاده از این دما صورت می گیرد. دمای مرطوب نشان دهنده توان تبخیری رطوبت از هوا می باشد. این دما معمولا توسط دماسنج جیوه­ای که با دستمال مرطوب پوشانده شده باشد اندازه گیری می شود. این دما در نمودار به صورت منحنی در سمت چپ نمایان است و به آن Wet-bulb temperature می گویند. نقطه شبنم اگر هوای مرطوب در حالت غیر اشباع را بدون افزایش یا کاهش رطوبت آن در فشار ثابت سرد کنیم (دما را کاهش دهیم) در یک دمای معین، رطوبت موجو در هوا شروع به تشکیل قطرات ریز آب می نماید. این دما را نقطه شبنم می گویند.
نقطه شبنم را می توان با پدیده های همچون بخار گرفتگی شیشه ها در فصول سرد بهتر درک کرد.
برای درک بهتر نقطه شبنم باید ذکر کرد قابلیت انحلال مواد در یکدیگر با افزایش دما، افزایش پیدا می کند بدین صورت که هرچه درجه حرارت هوا بالاتر برود، میزان رطوبتی که می تواند در خود حل کند نیز افزایش پیدا می کند. پس در هر دمایی یک میزان خاصی از رطوبت می تواند در هوا حل شود که در صورت سرد تر شدن هوا از این دما، رطوبت به صورت نقطه های شبنم نمایان می شود. به دمایی که که در شرایط حاضر هوا تا آن درجه حرارت باید سرد شود تا قطرات رطوبت ایجاد گردد، دمای نقطه شبنم می گویند. برای هر شرایطِ دمای خشک و رطوبت نسبی این دما متفاوت خواهد بود.
در این حالت رطوبتی به هوا اضافه نمی­شود و از آن گرفته نخواهد شد، فقط مساله سرد کردن مطرح است. دمای شبنم هوا در تهویه مطبوع در سطوح سرد و کویل های سرمایی (مانند کولر گازی) در اثر سرد شدن هوا، شبنم به وجود می آید که خود مانند عایقی عمل نموده و راندمان دستگاه را کاهش می دهد.
نقطه شبنم هوا را عملا به وسیله سرد کردن ترمومتر با وسایل مختلف انجام می دهند تا جاییکه اولین ذره رطوبت روی آن ظاهر گردد آن دما، دمای نقطه شبنم است.
باید توجه داشت دمای نقطه شبنم همیشه پایین تر از دمای خشک است، مگر اینکه هوا اشباع باشد در آن صورت، دمای خشک و دمای نقطه شبنم یکی است. همچنین، دمای هوای مرطوب بالاتر از نقطه شبنم است به جز زمانی که هوا اشباع باشد که در آن صورت دو دما برابرند.
با دانستن 2 خصوصیت از هوای موجود می توان دمای نقطه­ ی شبنم آن را از جدول سایکرومتریک خواند. به این دما Dew point temperature می­ گویند. آنتالپی مخصوص آنتالپی یکی از کمیت های رایج ترمودینامیکی می باشد که برابر با مقدار کل حرارت داخل سیستم می باشد. آنتالپی مخصوص میزان این انرژی در واحد جرم است که در تعریف دقیق تر میزان حرارتی است که باید به واحد جرم هوای خشک داده شود تا از صفر درجه سانتی گراد به درجه حرارت مورد نظر برسد. در سیستم متریک واحد آنتالپی مخصوص کیلوژول بر کیلوگرم هوای خشک است. آنتالپی مستقیما نمی تواند اندازه گیری شود ولی تغییرات آن را می توان اندازه گیری کرد. اگر فشار بیرون ثابت نگه داشته شود، تغییر در آنتالپی مستلزم تغییر در انرژی داخلی به علاوه تغییر در حجم داخلی سیستم است. حجم مخصوص برابر مقدار حجمی است که واحد جرم ماده اشغال می کند. در واقع همان عکس چگالی است. و واحد آن m 3 /kgda می­باشد بدین معنا که به ازای هر کیلوگرم از هوای خشک چه حجمی اشغال می­ شود. این عدد برای درجه حرارت­های مختلف، متفاوت است.
رطوبت مخصوص رطوبت مخصوص یکی دیگر از پارامتر ها نمودار می باشد که به معنای جرم بخار آب به ازای واحد جرم هوای مرطوب است. این پارامتر رابطه­ی نزدیکی با نسبت رطوبت (humidity ratio) دارد و تنها از نظر اندازه، از آن کمتر است. رطوبت نسبی رطوبت نسبی عبارت است از جرم بخار آب موجود در هوا به جرم بخار آب اشباع در همان هوا. RH = m_v/m_s*100 RH= p_v/p_s*100 رطوبت سنج برای اندازه گیری رطوبت هوا مورد استفاده قرار می گیرد. نوع معمول آن که می توانید تهیه کرد از نوعی فیبری است. رطوبت در شرایط مختلف می تواند الیاف راتحت تاثیر قرار دهد. باید آن را به طور منظم کالیبره کرد. آنها در رطوبت های خیلی بالا و پایین، نادرست عمل می کنند.
یک راه ساده برای به دست آوردن رطوبت نسبی استفاده از حباب خشک و مرطوب است.

نمودار مشخصات هوا (سایکرومتریک – Psychrometrics)

ایجاد شرایط آسایش انسان در محیط های مختلف از طریق اجرای سلسله عملیات بر روی هوا، از قبیل افزایش یا کاهش گرما و رطوبت و نیز کاهش میزان گازها و ترکیبات مضر در هوا صورت می گیرد. هوا ترکیبی از گازهای نیتروژن، اکسیژن، آرگون، دی اکسید کربن، نئون، هلیوم و مقادیر ناچیزی گازهای دیگر از قبیل متان، هیدروژن، دی اکسید گوگرد و … می باشد که اجزا اصلی هوای خشک را تشکیل می دهند. به همراه این گازها همواره مقداری رطوبت به صورت بخار آب در هوا وجود دارد که میزان آن متغیر است. رطوبت نیز همانند دما از نقطه نظر شرایط آسایش انسان و کیفیت هوای محیط نقش تعیین کننده ای دارد. برای ایجاد شرایط مطلوب باید چگونگی تاثیر متقابل این عوامل بر یکدیگر و همچنین سایر مختصات هوا بررسی گردد.

به منظور تسریع و تسهیل محاسبات مربوط به هوا، نموداری تهیه شده که با استفاده از آن می توان تغییرات مشخصات هوا را در اثر تغییر دما، رطوبت، انتالپی و … مستقیماً و بدون احتیاج به محاسبه بدست آورد. این نمودار روابط بین این پارامترهای مختلف را بیان می نماید و با در اختیار داشتن دو پارامتر، سایر پارامترها بدست خواهد آمد.

نمودار سایرومتریک شامل پارامترهای ذیل می باشد:

• دمای خشک Dry-bulb Temperature
• دمای مرطوب Wet-bulb Temperature
• نقطه شبنم Dew point Temperature
• آنتالپی مخصوص Specific Enthalpy
• حجم مخصوص Specific Volume
• رطوبت مخصوص Specific Humidity
• رطوبت نسبی Relative Humidity
• ضریب حرارت مخصوص

برای دریافت نسخه با کیفیت نمودار سایکرومتریک از لینک های ذیل اقدام نمایید:

همچنین برای محاسبه آنلاین پارامترهای نمودار سایکرومتریک به این آدرس مراجعه نمایید.

پارامتر های منحنی سایکرومتریک

منحنی مشخصات هوا یا همان دیاگرام سایکرومتریک، دیاگرامی است که شامل تمام پارامترهای قابل اندازه گیری هوا می­ باشد.
منحنی مسخصات هوا یا همان نمودار سایکومتریک دارای اطلاعات زیر است:

دمای خشک Dry-bulb Temperature

دمای مرطوبWet-bulb Temperature

نقطه شبنم Dew point Temperature

آنتالپی مخصوص Specific Enthalpy

حجم مخصوص Specific Volume

رطوبت مخصوص Specific Humidity

رطوبت نسبی Relative Humidity

ضریب حرارت مخصوص

در حال حاضر منحنی­های متفاوتی برای مشخصات هوا به کار برده می­ شود اما مهم­ترین و معمول ترین آنها دیاگرامی است که روی محور افقی درجه حرارت خشک (DBT) و روی محور قائم آن رطوبت مخصوص (W) درج گردیده. و ما بین این دو محور خطوط حجم نسبی (relative volume) رطوبت نسبی، حجم مخصوص، دمای مرطوب و … ترسیم شده است. شکل زیر شمای ساده ای از این نمودار با خطوط متفاوتی که نشانگر پارامترهای ذکر شده در بالا می باشند، را نشان می­ دهد. هر نقطه روی این منحنی معرف مشخصات مخلوط هوا و بخار آب می­ باشد.

دمای خشک

دمای خشک معمولا به دمای هوا در حالت عادی گفته می شود که با دماسنج معمولی قابل اندازه گیری است. این دما بیان کننده میزان گرما هواست و در پایین جدول روی محور افقی قرار دارد و به آن Dry-bulb temperature می­ گویند.
این دما را با دماسنج­ های معمولی و به دور از تشعشع می­ خوانند.
بیشتر محاسبات تهویه مطبوع و حرارت مرکزی با استفاده از این دما صورت می گیرد.

دمای مرطوب

نشان دهنده توان تبخیری رطوبت از هوا می باشد. این دما معمولا توسط دماسنج جیوه­ای که با دستمال مرطوب پوشانده شده باشد اندازه گیری می شود. این دما در نمودار به صورت منحنی در سمت چپ نمایان است و به آن Wet-bulb temperature می گویند.

نقطه شبنم

اگر هوای مرطوب در حالت غیر اشباع را بدون افزایش یا کاهش رطوبت آن در فشار ثابت سرد کنیم (دما را کاهش دهیم) در یک دمای معین، رطوبت موجو در هوا شروع به تشکیل قطرات ریز آب می نماید. این دما را نقطه شبنم می گویند.
نقطه شبنم را می توان با پدیده های همچون بخار گرفتگی شیشه ها در فصول سرد بهتر درک کرد.
برای درک بهتر نقطه شبنم باید ذکر کرد قابلیت انحلال مواد در یکدیگر با افزایش دما، افزایش پیدا می کند بدین صورت که هرچه درجه حرارت هوا بالاتر برود، میزان رطوبتی که می تواند در خود حل کند نیز افزایش پیدا می کند. پس در هر دمایی یک میزان خاصی از رطوبت می تواند در هوا حل شود که در صورت سرد تر شدن هوا از این دما، رطوبت به صورت نقطه های شبنم نمایان می شود. به دمایی که که در شرایط حاضر هوا تا آن درجه حرارت باید سرد شود تا قطرات رطوبت ایجاد گردد، دمای نقطه شبنم می گویند. برای هر شرایطِ دمای خشک و رطوبت نسبی این دما متفاوت خواهد بود.
در این حالت رطوبتی به هوا اضافه نمی­شود و از آن گرفته نخواهد شد، فقط مساله سرد کردن مطرح است. دمای شبنم هوا در تهویه مطبوع در سطوح سرد و کویل های سرمایی (مانند کولر گازی) در اثر سرد شدن هوا، شبنم به وجود می آید که خود مانند عایقی عمل نموده و راندمان دستگاه را کاهش می دهد.
نقطه شبنم هوا را عملا به وسیله سرد کردن ترمومتر با وسایل مختلف انجام می دهند تا جاییکه اولین ذره رطوبت روی آن ظاهر گردد آن دما، دمای نقطه شبنم است.
باید توجه داشت دمای نقطه شبنم همیشه پایین تر از دمای خشک است، مگر اینکه هوا اشباع باشد در آن صورت، دمای خشک و دمای نقطه شبنم یکی است. همچنین، دمای هوای مرطوب بالاتر از نقطه شبنم است به جز زمانی که هوا اشباع باشد که در آن صورت دو دما برابرند.
با دانستن 2 خصوصیت از هوای موجود می توان دمای نقطه­ ی شبنم آن را از جدول سایکرومتریک خواند. به این دما Dew point temperature می­ گویند.

آنتالپی مخصوص

آنتالپی یکی از کمیت های رایج ترمودینامیکی می باشد که برابر با مقدار کل حرارت داخل سیستم می باشد. آنتالپی مخصوص میزان این انرژی در واحد جرم است که در تعریف دقیق تر میزان حرارتی است که باید به واحد جرم هوای خشک داده شود تا از صفر درجه سانتی گراد به درجه حرارت مورد نظر برسد. در سیستم متریک واحد آنتالپی مخصوص کیلوژول بر کیلوگرم هوای خشک است. آنتالپی مستقیما نمی تواند اندازه گیری شود ولی تغییرات آن را می توان اندازه گیری کرد. اگر فشار بیرون ثابت نگه داشته شود، تغییر در آنتالپی مستلزم تغییر در انرژی داخلی به علاوه تغییر در حجم داخلی سیستم است.

حجم مخصوص

برابر مقدار حجمی است که واحد جرم ماده اشغال می کند. در واقع همان عکس چگالی است. و واحد آن m 3 /kgda می­باشد بدین معنا که به ازای هر کیلوگرم از هوای خشک چه حجمی اشغال می­ شود. این عدد برای درجه حرارت­های مختلف، متفاوت است.
رطوبت مخصوص

رطوبت مخصوص یکی دیگر از پارامتر ها نمودار می باشد که به معنای جرم بخار آب به ازای واحد جرم هوای مرطوب است. این پارامتر رابطه­ی نزدیکی با نسبت رطوبت (humidity ratio) دارد و تنها از نظر اندازه، از آن کمتر است.

رطوبت نسبی

رطوبت نسبی عبارت است از جرم بخار آب موجود در هوا به جرم بخار آب اشباع در همان هوا.

RH = m_v/m_s*100

RH= p_v/p_s*100

رطوبت سنج برای اندازه گیری رطوبت هوا مورد استفاده قرار می گیرد. نوع معمول آن که می توانید تهیه کرد از نوعی فیبری است. رطوبت در شرایط مختلف می تواند الیاف راتحت تاثیر قرار دهد. باید آن را به طور منظم کالیبره کرد. آنها در رطوبت های خیلی بالا و پایین، نادرست عمل می کنند.
یک راه ساده برای به دست آوردن رطوبت نسبی استفاده از حباب خشک و مرطوب است.

به‌کارگیری روش نلدر- مید در حل مدل‌های کشفی- فرایندی جهت تخمین حجم ذخایر نفت

برنامه‌ریزی و طراحی مدل‌های غیرخطی دارای کاربردهای گسترده‌ای در اقتصاد و صنعت می‌باشند. محققان بسیاری در سراسر دنیا در این رابطه مشغول به فعالیت هستند و هدف اصلی آن‌ها تهیه الگوریتم‌های محاسباتی کارایی است که توانایی ارزیابی مدل‌های غیرخطی را داشته باشند. از جمله این الگوریتم‌ها می‌توان به الگوریتم‌ نلدر- مید اشاره نمود. در مسائل مربوط به انرژی، انتخاب خط مشی مناسب اساسا وابسته به تخمین میزان حجم ذخایر و هزینه ناشی از انعقاد قراردادهای نفتی می‌باشد. مدل‌هایی که توانایی پیش‌بینی مخازن آینده و حجم نسبی آن‌ها را داشته باشند دارای ارزش فراوانی می‌باشند. با توجه به این که به‌کارگیری مدل‌های پیش‌بینی سنتی فاقد کارایی موثر می‌باشد، از این رو محققان در صدد یافتن روش‌های نوین مدل‌سازی حجم ذخایر نفت می‌باشند. این مقاله با استفاده از داده‌های اکتشاف و مدل‌های آماری، مدل جدیدی را جهت تخمین میزان حجم ذخایر نفت ارائه نموده و با استفاده از الگوریتم نلدر- مید، مدل فوق، در یکی از حوزه‌های نفتی مشهور مورد ارزیابی قرار داده شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Applying Nelder-Mead Method in Solving Discovery-Process Models for Estimating the Volume of Oil Reserves

نویسندگان [English]

• Hadi Azizi 1
• azam sadat salasi yazd 1
• sayed mohammad ali Shabani 2

Programming and designing the non-linear models cover a wide range of applications. Various scholars all around the world are engaged in taking this action and their main goal has been identified as providing efficient computational algorithms with the ability of evaluating the non-linear models. Nelder_Mead algorithm is among the most popular ones.Selecting a proper policy in energy concerns is dependent upon the estimation of the reserves and the expenditures incurred in negotiation of oil contracts. Those models capable of predicting the future supplies and their relative volume are valuable. However, traditional prediction models are not efficient enough and that’s why the researchers endeavor to find new methods for modeling the oil reserves. This paper aims to develop a new model to estimate the oil reserves by using exploratory and statistical data. It also tries to evaluate the model in one of famous the oil field by using Nelder_Mead algorithm.

کلیدواژه‌ها [English]

• Nelder_Mead Method
• Optimization
• Mathematic Modeling
• Reserve Estimates
• Volume of Oil Reserves

مراجع

[1]. Arps J. J. and Roberts T. G., “Economics of Drilling for Cretaceous Oil on East Flank of Denver-Julesburg Basin,” Amer. Assoc. Pet. Geol. Bull., Vol. 42, pp. 2549-256, 1958.##

[2]. Kaufman G. M., “Statistical Decision and Related Techniques in Oil and Gas Exploration,” Prentice-Hall, New York, 1962.##

[3]. O’Carrol F. M. and Smith J. L., “Probablistic Methods for Estimating Undiscovered Petroleum Resources,” In Advances in the Economics of Energy and Resources, Vol. 3, (R.s. PINDYCK, ED) pp. 31-63, Jai Press, Greenwich, Connecticut, 1998##.

[4]. Meisner, J. and Demirmen, F., “The Creaming Method: A Baysian Procedure to Forecast Future Oil and Gas Discoveries in Mature Exploration Provinces,” J. R. Statistic. Soc. A, Vol. 144, No.1, pp. 1-31, 1981.##

[5]. Schuenemeyer, J. H. and Drew, L. J., “A Procedure to Estimate the Parent Population of the Size of Oil and Gas Fields as Revealed by a Study of Economic Truncation, Mathematical Geology,” Vol. 15, pp. 145-161, 1983.##

[6]. McLane, M., Gouveia, J., Citron,G. P., MacKay, J., Rose, P. R., “Responsible reporting of uncertain petroleum reserves,” AAPG Bulletin, Vol. 92, No. 10, pp. 1431-1452, 2008.##

[7]. Chen, z., Osadetz, K. G., “Improving reservoir volumetric estimations in petroleum resource assessment using discovery process models,” Petroleum Science, Vol. 6, pp. 105-118, 2009.##

[9]. Kelly, C. T., “Detection and Remediation of Stagnation in the Nelder- Mead Algorithm using a sufficient decreas condition,” Technical Report, Department of Mathematics, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA.##

[10]. Lagarias, J. C. and et al., “Convergence Properties of the Nelder-Mead Simplex Algorithm in Low Dimensions,” SIAM J. OPTIM., Vol. 9, pp. 112-147, 1998.##

[11]. McKinnon, K. I. M., “Convergence of The Nelder-Mead Simplex Method to a Nonstationary Point,” SIAM J. OPTIM., Vol 9, No 1, pp. 148-158, 1998.##

حجم آزاد در آهن و مس خالص تغییر شکل پلاستیکی شدید یافته، تشابه ها و تمایز ها

1 استاد پژوهشگر، دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.

2 استاد، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکد ه های فنی دانشگاه تهران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 کارشناسی، دانشکده مهندسی متالورژی و مواد، پردیس دانشکد ه های فنی دانشگاه تهران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

4 استاد، بورد تخصصی پزشکی هسته ای، گروه پزشکی هسته‌ ای، مرکز تحقیقات پزشکی هسته ای، دانشگاه علوم پزشکی تهران، تهران، ایران.

چکیده

در پژوهش حاضر، تشکیل حجم آزاد در فلزات آهن و مس خالص فرآوری شده به روش تغییر شکل پلاستیکی شدید با استفاده از نورد شکل دار سرد مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مطالعات ریز ساختاری و از آنالیز های دیلاتومتری و نفوذ رادیو ردیاب و چگالی سنجی جهت بررسی های کمی و کیفی حجم آزاد بهره گرفته شد. نتایج نشان داد کاهش چگالی قابل ملاحظه ای پس از اعمال نورد شکل دار سرد شدید حاصل گردید. نتایج حاصل از بررسی های دیلاتومتری و نفوذ رادیو ردیاب نیز مؤید آن بود که میزان بالایی حجم آزاد در مقایسه با فلزات آنیل شده تشکیل شده است. افزایش نسبی حجم آزاد در نمونه آهن بیش از مس در شرایط مشابه بدست آمد. بررسی های ریزساختاری فلزات فرآوری شده حاکی از تشکیل حجم آزاد به صورت چگالی بالای عیوب جای خالی، نابجایی ها، مرزدانه های غیر تعادلی، اتصالات سه گانه و نانوحفرات می باشد. در واقع، فرآیند نورد شکل دار سرد شدید منجر به ایجاد یک ساختار ناهمگن و فوق ریزدانه همراه با افزایش حجم آزاد در هر دو فلز آهن و مس فرآوری شده در کرنش معادل 5/4 شد، ولی مکانیزم تغییر شکل، نوع ساختار ایجاد شده، اندازه دانه ها، میزان کاهش چگالی و تغییرات حجم آزاد و هم چنین رفتار حرارتی بسته به نوع فلز به دلیل تفاوت در ساختار کریستالی و خواص ذاتی متفاوت بود.

کلیدواژه‌ها

• تغییر شکل پلاستیکی شدید
• حجم آزاد
• نانوساختار ها
• مرزدانه های غیر تعادلی

عنوان مقاله [English]

On the free volumes of severely deformed حجم نسبی (relative volume) pure Fe and Cu, similarities and differences

نویسندگان [English]

• Nazanin Forouzanmehr 1
• Mahmoud Nili-Ahmadabadi 2
• Hamed Abdous 3
• Babak Fallahi 4

1 Research Fellow, Department of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic),Tehran,, Iran.

4 Professor, MD, Board of nuclear medicine, Research center for nuclear medicine, Tehran University of Medical Sciences, Tehran, Iran.

The present study aims to investigate the formation of free volumes in pure Fe and Cu processed by severe plastic deformation process using cold shape rolling. Transmission electron microscope for microstructural studies as well as dilatometric analyzes, radio tracer technique and density measurement for quantitative and qualitative analysis of free volumes were used. The results showed that a significant decrease in density was achieved after severe cold rolling. The results of dilatometric studies and radio tracer technique also confirmed the formation of high amount of free volumes in the severely deformed metals in comparison with the annealed metals. It was found that the relative increase of free volumes in the severely deformed Fe was higher than that of Cu. It was indicated that the high concentration of free volumes presented in the microstructure of processed metals at vacancies, dislocations, non-equilibrium grain boundaries, triple junctions, and nanovoids. In fact, the severe cold shape rolling process led to the formation of an inhomogeneous and ultrafine microstructure with the increase in free volumes in both processed Fe and Cu metals in the equivalent strain of 4.5. However, deformation mechanisms, microstructure, grain size, density reduction, and free volumes concentration as well as thermal behavior of each metal varied depending on its crystal structure and intrinsic properties.

کلیدواژه‌ها [English]

• Severe plastic deformation
• Free volumes
• Nanostructures
• Non-equilibrium grain boundaries

مراجع

[1] Schaefer HE, Würschum R, Hof P, Straub W, Gessmann T. Size Distribution of structural free volumes in nanocrystalline metals. Mater Sci Forum. 1995;175–178:505–8.

[2] Schaefer HE, Wurschum R, Gessmann T, Stöckl G, Scharwaechter P, Frank W. Diffusion and free volumes in nanocrystalline Pd. Nanostructured Mater. 1995;6:869–72.

[3] Shvindlerman LS, Gottstein G, Ivanov V a., Molodov D a., Kolesnikov D, Łojkowski W. Grain boundary excess free volume—direct thermodynamic measurement. J Mater Sci. 2006;41(23):7725–9.

[4] Steyskal EM, Oberdorfer B, Sprengel W, Zehetbauer M, Pippan R, Würschum R. Direct experimental determination of grain boundary excess volume in metals. Phys Rev Lett. 2012 Jan 31;108(5):055504.

[5] Wang K, Tao NR, Liu G, Lu J, Lu K, A. Plastic strain-induced grain refinement in the nanometer scale in a Mg alloy. Acta Mater. 2006;54:5281–91.

[6] Wang YB, Ho JC, Liao XZ, Li HQ, Ringer SP, Zhu YT. Mechanism of grain growth during severe plastic deformation of a nanocrystalline Ni-Fe alloy. Appl Phys Lett. 2009;94:011908.

[7] Azushima A, Kopp R, Korhonen A, Yang DY, Micari F, Lahoti GD, et al. Severe plastic deformation (SPD) processes for metals. CIRP Ann - Manuf Technol. 2008;57(2):716–35.

[8] Wang YM, Ma E. Three strategies to achieve uniform tensile deformation in a nanostructured metal. Acta Mater. 2004;52(6):1699–709.

[9] Setman D, Schafler E, Korznikova E, Zehetbauer MJ. The presence and nature of vacancy type defects in nanometals detained by severe plastic deformation. Mater Sci Eng A. 2008;493(1–2):116–22.

[10] Valiev RZ, Alexandrov I V, Zhu YT, Lowe TC. Paradox of strength and ductility in metals processed by severe plastic deformation. J Mater Res. 2002;17(1):5–8.

[11] Valiev RZ, Zhilyaev AP, Langdon TG. Bulk nanostructured materials: Fundamentals and applications. Bulk Nanostructured Mater Fundam Appl. 2013;1–440.

[12] Sauvage X, Wilde G, Divinski S V., Horita Z, Valiev RZ. Grain boundaries in ultrafine grained materials processed by severe plastic deformation and related phenomena. Mater Sci Eng A. 2012;540(2012):1–12.

[13] Ribbe J, Baither D, Schmitz G, Divinski S. Network of Porosity Formed in Ultrafine-Grained Copper Produced by Equal Channel Angular Pressing. Phys Rev Lett. 2009;102(16):1–4.

[14] Ribbe J, Baither D, Schmitz G, Divinski S V. Ultrafast diffusion and internal porosity in ultrafine-grained copper–lead alloy prepared by equal channel angular pressing. Scr Mater. 2009;61(2):129–32.

[15] Würschum R, Oberdorfer B, Steyskal EM, Sprengel W, Puff W, Pikart P, et al. Free volumes in bulk nanocrystalline metals studied by the complementary techniques of positron annihilation and dilatometry. Phys B Condens Matter. 2012;407(14):2670–5.

[16] Divinski S V, Padmanabhan KA, Wilde G. Microstructure evolution during severe plastic deformation. Philos Mag. 2011;91(36):4574–93.

[17] Schafler E, Steiner G, Korznikova E, Kerber M, Zehetbauer MJ. Lattice defect investigation of ECAP-Cu by means of X-ray line حجم نسبی (relative volume) profile analysis, calorimetry and electrical resistometry. Mater Sci Eng A. 2005;410–411:169–73.

[18] Oberdorfer B, Lorenzoni B, Unger K, Sprengel W, Zehetbauer M, Pippan R, et al. Absolute concentration of free volume-type defects in ultrafine-grained Fe prepared by high-pressure torsion. Scr Mater. 2010;63(4):452–5.

[19] Van Petegem S, Dalla Torre F, Segers D, Van Swygenhoven H. Free volume in nanostructured Ni. Scr Mater. 2003;48(1):17–22.

[20] Lechner W, Puff W, Wilde G, Würschum R. Vacancy-type defects in amorphous and nanocrystalline Al alloys: Variation with preparation route and processing. Scr Mater. 2010;62(7):439–42.

[21] Divinski S V., Ribbe J, Reglitz G, Estrin Y, Wilde G. Percolating network of ultrafast transport channels in severely deformed nanocrystalline metals. J Appl Phys. 2009;106(6):063502.

[22] Nazarov a. a., Romanov a. E, Valiev RZ. Models of the defect structure and analysis of the mechanical behavior of nanocrystals. Nanostructured Mater. 1995;6(5–8):775–8.

[23] Wang ZB, Lu K, Wilde G, Divinski S. Toward the existence of ultrafast diffusion paths in Cu with a gradient microstructure: Room temperature diffusion of Ni. Appl Phys Lett. 2008;93(13):1–3.

[24] Zlateva G, Martinova Z. Microstructure of Metals and Alloys: An Atlas of Transmission Electron Images. CRC press, Taylor and francis group, Boca Raton. 2008. 1–58 p.

[25] Yurkova AI, Milman Y V, Byakova A V. Structure and mechanical properties of iron subjected to surface severe plastic deformation by attrition : II . Mechanical properties of nano and submicrocrystalline iron. Russ Metall. 2010;2010(4):258–63.

[26] Zhao YH, Bingert JF, Liao XZ, Cui BZ, Han K, Sergueeva A V., et al. Simultaneously increasing the ductility and strength of ultra-fine-grained pure copper. Adv Mater. 2006;18(22):2949–53.

[27] Mishra A, Richard V, Grégori F, Asaro RJ, Meyers MA, Propri L. Microstructural evolution in copper processed by severe plastic deformation. Mater Sci Eng A. 2005;411:290–8.

[28] Valiev RZ, Islamgaliev RK, Alexandrov I V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation. Prog Mater Sci. 2000;45(2):103–89.

[29] Divinski S V., Ribbe J, Baither D, Schmitz G, Reglitz G, Rösner H, et al. Nano- and micro-scale free volume in ultrafine grained Cu-1 wt.%Pb alloy deformed by equal channel angular pressing. Acta Mater. 2009;57(19):5706–17.

[30] Lugo N, Llorca N, Cabrera JM, Horita Z. Microstructures and mechanical properties of pure copper deformed severely by equal-channel angular pressing and high pressure torsion. Mater Sci Eng A. 2008;477(1–2):366–71.

[31] Yan F, Zhang HW, Tao NR, Lu K. Quantifying the microstructures of pure Cu subjected to dynamic plastic deformation at cryogenic temperature. J Mater Sci Technol. 2011;27(8):673–9.

[32] Andrade U, Meyers MA, Vecchio KS, Chokshi AH. Dynamic recrystallization in high-strain, high-strain-rate plastic deformation of copper. Acta Metall Mater. 1994;42(9):3183–95.

[33] Hughes DA, Hansen N. High angle boundaries formed by grain subdivision mechanisms. Acta Mater. 1997;45(9):3871–86.

[34] Huang JY, Zhu YT, Jiang H, Lowe TC. Microstructures and dislocation configurations in nanostructured Cu processed by repetitive corrugation and straightening. Acta Mater. 2001;49(9):1497–505.

[35] Oberdorfer B, Steyskal EM, Sprengel W, Pippan R, Zehetbauer M, Puff W, et al. Recrystallization kinetics of ultrafine-grained Ni studied by dilatometry. J Alloys Compd. 2011;509(SUPPL. 1):S309–11.

[36] Kubin LP, Devincre B, Tang M. Mesoscopic modelling and simulation of plasticity in fcc and bcc crystals: Dislocation intersections and mobility. J Comput Mater Des. 1998;5(1):31–54.

[37] Edalati K, Horita Z. High-pressure torsion of pure metals: Influence of atomic bond parameters and stacking fault energy on grain size and correlation with hardness. Acta Mater. 2011;59(17):6831–6.

[38] Woo CH, Frank W. Void growth and vacancy migration enthalpy in alpha-iron. Radiat Eff. 1983;77(1–2):49–55.

اثر بلوک‌های کف حوضچه آرامش پایین‌دست دریچه بر هندسه حفره آبشستگی پایاب

اثر جانمایی بلوک‌های ضربه‌گیر کف حوضچة آرامش دریچه‌های کشویی بر هندسة حفرة آب‌شستگی پایین‌دست، به‌طور تجربی بررسی شده است. در این تحقیق، تعداد 35 آزمون تجربی در محدودة‌ تغییرات فاصله بلوک‌های کف از دریچه، عدد فرود و عمق پایاب نسبی انجام پذیرفت. از تحلیل ابعادی برای بررسی تأثیر هر یک از پارامتر‌های مؤثر استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از بلوک‌های کف موجب تغییر شکل حفرة آب‌شستگی می‌شود. همچنین، با افزایش فاصلة بلوک از دریچه، ابعاد حفره آب‌شستگی کاهش یافته و از یک فاصله به بعد، شکل حفره آب‌شستگی نیز تغییر کرد. با افزایش فاصله بی‌بعد بلوک از دریچه از 0.18 تا 0.54، حجم حفره آب‌شستگی 85 درصد کاهش می‌یافت. حجم حفره آب‌شستگی با عدد فرود رابطة مستقیم دارد؛ ولی نسبت به تغییر عمق پایاب نسبی روند معینی ندارد. در فواصل بی‌بعد بلوک 0.36 و 0.54، کمترین حجم حفره آب‌شستگی در شرایط عمق پایاب نسبی 6.3 واقع شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Baffle Blocks on the Geometry of Scour Hole Downstream of Stilling Basins

نویسندگان [English]

• Mir mahmood valinia
• Seyed Ali Ayyoubzadeh
• Mehdi Yasi

Scouring around water structures, like resting basin, is one of the major issues which designers are always facing. Figure 1 shows the local scouring below the resting basin with a positive step in the Cybercrime deviation dam on the Agri River in Southern Italy (Huger, 1992). Different people have studied the factors affecting the scouring phenomenon in the downstream of resting basin. A study on the effect of floor blocks on hydraulic jump characteristics is done by Habibzadeh et al.(2011 and 2012). In his research, he investigated the effects of various parameters such as block dimensions, block distance from the gate and Froude number. The results showed that as the floor blocks slip away, the jet outlet valve changes; from the formation of the reverse wall jet stream (RWJ), only the diverted surface jet (DSJ) is formed. In the present study, the effect of floor blocks and block spacing from the drainage duct under different flow conditions on scouring the downstream of the resting basin was investigated.
The experiments were done at the Hydraulic Laboratory of Hydraulic Structural Engineering Department, University of Tarbiat Modares. The flume used was 0.95 m wide, 1 m high and 12 m long. In order to observe the flow, the right wall of the flume was Plug-Glass and the left and bottom walls of the flume were made of concrete. To pump the water into the flume, an electric pump (type 125-200) was used, which was made by Iranian Pump Company. To regulate the flow rate, a coupling system was used to create a variable speed on the electromotor of the pump. To measure the flow rate, a leftover overflow was used at the flume end. The tailpipe depth was adjusted using a recessed overflow. The depth of water on the resting basin, downstream of the drainage door, was measured using a 0.1 mm precision point height. The moving bed topography was also harvested using a laser meter with a precision of 1 mm in a 5 ×5 cm network. In order to create a hydraulic jump, the sliding door made of Plexiglas sheet at a height of 0.75 m and a width equal to the flume width, at 4 m far from the beginning of the flume, is designed. The flume width decreased by 0.62 m using the ionolyte blocks and the outer surface was covered with vitrified glass. Due to the complexity of the scouring phenomenon, the factors affecting the scouring phenomenon are too many. Due to the experimental limitations in the study, it was impossible to investigate all effective factors. For حجم نسبی (relative volume) example, with the provision of full turbulent flow conditions, the effect of the Reynolds number is ignored. Whereas, the gravity acceleration parameter (g) and the Froude number are considered. Research on all effective factors is impossible. Therefore, the effect of some parameters can be evaluated using the dimensional analysis technique and the recognition of effective parameters. It should be noted that the variable parameters in the present research are the Froude number, relative depths and block distance from the gate. Regarding three replications for each variable, 27 of the main tests and eight control tests were performed in the unblocked state; generally, 35 experiments were carried out in the present study.
An experimental study was conducted to investigate the effects of baffle blocks on the geometry of scour hole downstream of sluice gate- stilling basins. The dimensional analysis was used in order to determine effective variables and their quantitative impacts. Results show that the inclusion of floor blocks has significant effect on the scour hole geometry. By increasing the blocks distance from the beginning of the gate, the scour hole dimension decreases; and after some distance, the scour hole shape is also affected. The change of the blocks distance from the gate, from 0.18 to 0.54 m, results in a 85% decrease in scour hole volume. Furthermore, the scour hole volume is definitely related to the Froude number, but it does not have a determined relationship with the relative tail water depth. The minimum volume of scour hole occurs for the blocks distance of 0.36 and 0.54 m, and with the relative tail water depth of 6.3.