کتاب شبکه های توزیع آب شهری - تائبی

کتاب شبکه‌های توزیع آب شهری تألیف دکتر امیر تائبی و دکتر محمدرضا چمنی توسط انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان (مرکز نشر) به چاپ رسیده است.

اگر آب سالم به مقدار کافی و با فشار مطلوب در دسترس نباشد علاوه برافزایش نارضایتی عمومی، سطح بهداشت و رفاه جامعه نیز به‌شدت کاهش می‌یابد؛ بنابراین لازم است که مهندسان آب‌رسانی شهری، اطلاعات کافی درباره علوم و فناوری مهندسی آب‌رسانی داشته باشند.

کتاب "شبکه‌های توزیع آب شهری" حاصل تجربیات، تحقیقات و تدریس مؤلفان در طی یک دهه است. در سراسر کتاب بر شرح مفاهیم اساسی با ذکر مثال‌های متعدد تأکید شده است. مثال‌های کتاب به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که ضمن داشتن جامعیت کافی برای نشان دادن ابعاد مختلف مسئله، حل آن‌ها با حسابگرهای مهندسی جیبی امکان‌پذیر باشد. این کتاب علاوه بر اینکه می‌تواند به ‌عنوان کتاب درسی برای دورس مرتبط با مباحث لوله‌ها و شبکه‌های آب‌رسانی شهریِ گرایش‌های مختلف مهندسی در مقطع کارشناسی ارشد استفاده شود، به‌ عنوان یک کتاب مرجع می‌تواند مورداستفاده مهندسان و کارشناسان شاغل در دفاتر فنی و مهندسین مشاور قرار گیرد.

کتاب "شبکه‌های توزیع آب شهری" از 17 فصل تشکیل‌شده است که عبارتند از: 1- مبانی هیدرولیک لوله‌ها 2- افت هد در لوله‌ها 3- لوله‌های معادل 4- لوله‌ها، اتصالات و متعلقات لوله‌کشی 5- شیرها 6- پمپ و پمپاژ 7- مخازن توزیع 8- مصرف آب شهری 9- طراحی قطر لوله‌ها 10- فرمول‌بندی معادلات برای تحلیل هیدرولیکی شبکه‌ها 11- روش‌هاردی کراس 12- روش نیوتن-رافسون 13- روش نظریه خطی 14- مفاهیم اساسی جریان نا ماندگار 15- روش‌های حل عددی جریان نا ماندگار 16- سیستم‌های توزیع مرکب 17- روش‌ها و تجهیزات کنترل‌کننده ضربه قوچ

 

فهرست

پیشگفتار قسمت اول مبانی هیدرولیک لوله‌ها در شرایط جریان ماندگار فصل اول: مبانی هیدرولیک لوله‌ها 1-1خواص سیالات 1-1-1 چگالی یا جرم مخصوص 1-1-2 وزن مخصوص 1-1-3 چگالی نسبی 1-1-4 ترکم پذیری 1-1-5 لزجی 1-1-6 دیگر خواص سیالات 1-1-7 خواص آب 1-2 طبقه‌بندی جریان سیالات 1-3 معادله پیوستگی 1-4 معادله انرژی 1-4-1 انرژی پتانسیل 1-4-2 انرژی جریان 1-4-3 انرژی جنبشی 1-4-4 قضیه برنولی 1-4-5 خطوط شیب هیدرولیکی و شیب انرژی 1-5 معادله اندازه حرکت 1-6 مسائل مراجع فصل دوم: افت هد در لوله‌ها 2-1 فرمول دارسی- ویسباخ 2-2 آزمایش‌های نیکورادزه روی لوله‌های با زبری مصنوعی 2-3 نمودار مودی 2-4 روابط اصطکاک 2-4-1 جریان لایه‌ای 2-4-2 جریان انتقالی 2-4-3 جریان آشفته صاف 2-4-4 جریان آشفته انتقالی 2-4-5 جریان آشفته زیر 2-5 روابط صریح برای ضریب اصطکاک 2-5-1 جریان آشفته صاف 2-5-2 جریان آشفته انتقالی 2-5-3 همه نواحی جریان 2-6 فرمول‌های تجربی 2-6-1 فرمول هیزن- ویلیامز 2-6-2 فرمول اصلاح‌شده هیزن- ویلیامز 2-6-3 فرمول مانینگ 2-7 مقایسه فرمول‌های افت هد 2-8 فرمول کلی افت هد 2-9 کاهش یکنواخت دبی در طول لوله 2-10 اثر عمر لوله بر ظرفیت هیدرولیکی آن 2-11 افت هد فرعی 2-11-1 رابطه افت هد فرعی 2-11-2 تبدیل افزاینده ناگهانی 2-11-3 تبدیل افزاینده تدریجی 2-11-4 خروجی 2-11-5 کاهنده ناگهانی 2-11-6 کاهنده تدریجی 2-11-7 ورودی 2-11-8 خم و زانویی 2-11-9 سه‌راهی 2-11-10 مانع 2-11-11 جریان‌سنج 2-11-12 انواع شیر 2-12 مسائل مراجع فصل سوم: لوله‌های معادل 3-1 لوله‌های سری 3-1-1 دبی معلوم 3-1-2 افت هد کل معلوم 3-2 لوله‌های موازی 3-2-1 افت هد معلوم 3-2-2 دبی کل معلوم 3-3 لوله‌های سری - موازی 3-4 متعلقات فرعی لوله‌ها 3-4-1 فرمول دارسی- ویسباخ 3-4-2 فرمول هیزن- ویلیامز 3-4-3 فرمول مانینگ 3-4-4 طول لوله معادل 3-5 مسائل مراجع قسمت دوم اجزای شبکه فصل چهارم: لوله‌ها، اتصالات و متعلقات لوله‌کشی 4-1 عوامل مؤثر در انتخاب لوله 4-2 جنس لوله‌ها 4-3 ضخامت لوله‌ها 4-4 پوشش‌ها، روکش‌ها و حفاظت کاتدی 4-5 ساخت لوله‌ها 4-6 اتصالات لوله‌ها 4-7 متعلقات لوله‌ها 4-8 استانداردهای مربوطه مراجع فصل پنجم: شیرها 1-5 عوامل مؤثر در انتخاب شیر 2-5 شیرهای با کنترل دستی 5-2-1 انتخاب نوع شیر با کنترل دستی 5-2-2 شیرهای بشقابی 5-2-3 شیرهای پیستونی 5-2-4 شیرهای دروازه‌ای موازی 5-2-5 شیرهای دروازه‌ای گوه‌ای 5-2-6 شیرهای توپی 5-2-7 شیرهای کروی 5-2-8 شیرهای پروانه‌ای 5-3 شیرهای خودکار 5-3-1 شیرهای یک‌طرفه 5-3-2 شیرهای کاهنده فشار 5-3-3 شیرهای هوا 5-4 استاندارد شیرها مراجع فصل ششم: پمپ و پمپاژ 6-1 اصطلاحات سیستم پمپاژ 6-2 پمپ‌های سانتریفوژ و انواع آن 6-3 هد سیستم پمپاژ 6-4 منحنی هد- دبی سیستم 6-5 منحنی هد- دبی پمپ 6-6 روابط هد- دبی 6-6-1 hp به‌عنوان تابع Qp 6-6-2 Qp به‌عنوان تابع hp 6-7 منحنی‌های مشخصه پمپ 6-8 توان و کارایی پمپ 6-9 انتقال انرژی در پمپ‌های سانتریفوژ شعاعی 6-10 قوانین تشابه 6-10-1 پمپ با سرعت دوران مختلف 6-10-2 پمپ پس از قطع برق 6-10-3 روابط تقریبی برای پمپ‌های جریان شعاعی 6-11 سرعت مخصوص 6-12 ترکیب پمپ‌ها 6-13 مسائل مراجع فصل هفتم: مخازن توزیع 7-1 انواع مخزن و اهداف احداث آن 7-2 تأسیسات مخازن 7-3 برآورد ظرفیت مخزن 7-3-1 حجم ذخیره اضطراری 7-3-2 حجم ذخیره آتش‌نشانی 7-3-3 حجم ذخیره متعادل‌سازی 7-4 جانمایی مخازن توزیع 7-5 تحلیل هیدرولیکی سیستم‌های دارای چند مخزن 7-5-1 سیستم دارای دو مخزن 7-5-2 سیستم دارای سه مخزن 7-5-3 سیستم دارای چند مخزن 7-6 مسائل مراجع قسمت سوم طراحی لوله‌ها فصل هشتم: مصرف آب شهری 8-1 عوامل مؤثر بر مصرف آب شهری 8-2 مصرف سرانه آب 8-2-1 مصرف خانگی آب 8-2-2 مصرف عمومی آب 8-2-3 مصرف تجاری و صنعتی آب 8-2-4 تلفات آب 8-2-5 مصرف آب در فضای سبز 8-2-6 مصرف آب در آتش‌نشانی 8-3 نوسان‌های مصرف آب 8-4 دوره طرح 8-5 مطالعات جمعیتی 8-6 برآورد کوتاه‌مدت جمعیت 8-6-1 روش گسترش نموداری 8-6-2 روش رشد حسابی 8-6-3 روش شد هندسی 8-6-4 روش رشد با آهنگ کاهشی 8-7 پیش‌بینی طولانی‌مدت جمعیت 8-7-1 روش ریاضی - نموداری (منحنی لجستیک) 8-7-2 روش‌های نسبت و همبستگی 8-7-3 روش‌های مؤلفه‌ای 8-7-4 روش مقایسه‌ای ترسیمی 8-8 تراکم و توزیع جمعیت 8-9 مسائل مراجع فصل نهم: طراحی قطر لوله‌ها 9-1 تعاریف 9-2 انواع شبکه توزیع آب 9-2-1 شبکه سریال 9-2-2 شبکه شاخه‌ای 9-2-3 شبکه حلقوی 9-2-4 شبکه مرکب 9-2-5 مقایسه انواع شبکه 9-3 ضوابط طراحی شبکه‌های توزیع 9-3-1 سرعت آب 9-3-2 فشار آب 9-3-3 دبی طراحی لوله‌ها 9-3-4 حداقل قطر لوله‌ها 9-4 طراحی و تحلیل یک لوله 9-4-1 تعیین افت هد 9-4-2 تعیین دبی 9-4-3 تعیین قطر 9-5 مدل‌های بهینه‌سازی 9-6 بهینه‌سازی توسط به حداقل رساندن فشار 9-6-1 شبکه شاخه‌ای 9-6-2 شبکه حلقوی مراجع قسمت چهارم تحلیل هیدرولیکی شبکه‌ها فصل دهم: فرمول‌بندی معادلات برای تحلیل هیدرولیکی شبکه‌ها 10-1 تعاریف و پارامترها 10-1-1 الگوی مصرف 10-1-2 هد گره‌های مصرف و چشمه 10-1-3 ثابت مقاومت لوله‌ها 10-1-4 حالت پارامترها 10-2 روابط بین پارامترها 10-2-1 رابطه افت هد لوله 10-2-2 رابطه پیوستگی جریان گره 10-2-3 رابطه افت هد حلقه 10-3 شبکه حلقوی تک چشمه‌ای 10-3-1 معادلات Q 10-3-2 معادلات H 10-3-3 معادلات Q∆ 10-3-4 معادلات H∆ 10-4 شبکه حلقوی تک چشمه‌ای 10-4-1 معادلات Q وQ-q 10-4-2 معادلات H و H-q 10-4-3 معادلات Q∆ 10-4-4 معادلات H∆ 10-5 شبکه شاخه‌ای 10-5-1 شبکه شاخه‌ای تک چشمه‌ای 10-5-2 شبکه شاخه‌ای چند چشمه‌ای 10-6 شبکه دارای پمپ 10-7 شبکه دارای شیر یک‌طرفه 10-7-1 شیر یک‌طرفه در لوله پیرامونی 10-7-2 شیر یک‌طرفه در لوله درونی 10-7-3 شیرهای یک‌طرفه در چندین لوله 10-8 شبکه‌داری شیر فشارشکن 10-8-1 شیر فشارشکن در لوله پیرامونی 10-8-2 شیر فشارشکن در لوله درونی 10-8-3 شیرهای فشارشکن در چندین لوله 10-9 مسائل مراجع فصل یازدهم: روش‌ هاردی کراس 11-1 مفاهیم اساسی 11-2 شبکه‌های تک چشمه‌ای 11-3 شبکه‌های چند چشمه‌ای 11-4 شبکه‌های دارای پمپ 11-5 شبکه‌های دارای شیر یک‌طرفه و فشارشکن 11-6 روش‌های هاردی کراس اصلاح‌شده 11-7 انتخاب مقادیر اولیه دبی لوله‌ها 11-8 چگونگی همگرایی 11-9 مسائل مراجع فصل دوازدهم: روش نیوتن-رافسون 12-1 مفاهیم اساسی 12-1-1 تابع تک متغیره 12-1-2 تابع چند متغیره 12-2 معادلات H 12-2-1 شبکه‌های تک یا چند چشمه‌ای 12-2-2 شبکه‌های دارای پمپ 12-2-3 شبکه‌های دارای شیرهای یک‌طرفه و فشارشکن 12-3 معادلات Q∆ 12-3-1 شبکه‌های تک یا چند چشمه‌ای 12-3-2 شبکه‌های دارای پمپ 12-3-3 شبکه‌های دارای شیرهای یک‌طرفه و فشارشکن 12-4 نشان‌گذاری اجزاء شبکه 12-5 مسائل مراجع فصل سیزدهم: روش نظریه خطی 13-1 شبکه‌های تک یا چند چشمه‌ای 13-2 شبکه‌های دارای پمپ 13-3 شبکه‌های دارای شیرهای یک‌طرفه و فشارشکن 13-4 رابطه بین روش‌های نیوتن - رافسون و نظریه خطی 13-5 مسائل مراجع قسمت پنجم هیدرولیک لوله در شرایط جریان نا ماندگار فصل چهاردهم: مفاهیم اساسی جریان نا ماندگار 14-1 مقدمه‌ای بر جریان نا ماندگار 14-2 آشنایی با ضربه قوچ 14-3 عوامل ایجادکننده جریان نا ماندگار و پیامدهای ناشی از آن 14-3-1 عوامل ایجادکننده جریان نا ماندگار 14-3-2 پیامدهای ناشی از جریان ناماندگار 14-4 معادله کلی اندازه حرکت در جریان نا ماندگار 14-5 نظریه غیر الاستیک 14-5-1 معادله اندازه حرکت در یک لوله براثر باز شدن ناگهانی شیر 14-5-2 تغییرات هد فشار در یک لوله افقی براثر بسته شدن شیر 14-5-3 جریان نا ماندگار در لوله‌های سری 14-5-4 جریان نا ماندگار در لوله‌های موازی 14-5-5 محاسبه افت هد فرعی 14-6 نظریه الاستیک 14-6-1 معادله هد فشار 14-6-2 سرعت موج 14-6-3 سرعت موج در دیگر انواع لوله‌ها 14-6-4 تأثیر هوا بر سرعت موج 14-6-5 معادلات دیفرانسیلی جریان نا ماندگار 14-7 مسائل مراجع فصل پانزدهم: روش‌های حل عددی جریان نا ماندگار 15-1 خلاصه‌ای از روش‌های تحلیل جریان نا ماندگار 15-1-1 روش ریاضی 15-1-2 روش ترسیمی 15-1-3 روش مشخصه‌ها 15-1-4 روش جبری 15-1-5 روش ضمنی 15-1-6 روش تحلیل خطی 15-1-7 روش اختلال 15-1-8 روش‌های دیگر 15-2 روش ترسیمی 15-2-1 مثال‌هایی از روش ترسیمی 15-3 روش مشخصه‌ها 15-3-1 راه‌حل تقریبی روش مشخصه‌ها 15-3-2 راه‌حل کامل روش مشخصه‌ها 15-4 روش جبری 15-4-1 معادلات جبری ضربه قوچ با اندیس یگانه 15-4-2 معادلات جبری ضربه قوچ با اندیس دوگانه 15-5 روش اختلال 15-5-1 حل معادلات ضربه قوچ به روش اختلال 15-5-2 بستن لحظه‌ای شیر 15-5-3 بستن تدریجی خطی شیر 15-5-4 بستن تدریجی نمایی شیر 15-6 مسائل مراجع فصل شانزدهم: سیستم‌های توزیع مرکب 16-1 لوله‌های سری 16-2 لوله‌های انشعابی 16-3 افت هد فرعی 16-4 شیرهای قطع و وصل 16-4-1 شیر واقع در خط لوله 16-4-2 شیر واقع در انتهای پایین‌دست و مجاور مخزن 16-4-3 به دست آوردن ضریب Kv 16-4-4 تأثیر نحوه بستن شیر به فشار ضربه قوچ 16-5 شیرهای کاهنده فشار 16-6 پمپ‌ها 16-6-1 پمپ‌های با سرعت ثابت 16-6-2 حالت ازکارافتادن پمپ 16-6-3 ازکارافتادن تعدادی از پمپ‌ها 16-6-4 شروع پمپاژ 16-7 مسائل مراجع فصل هفدهم: روش‌ها و تجهیزات کنترل‌کننده ضربه قوچ 17-1 شیرها 17-1-1 کنترل بستن شیر 17-1-2 شیرهای خیزاب شکن 17-2 ازکارافتادن پمپ 17-2-1 مخازن ضربه‌گیر 17-2-2 مخازن هوا 17-3 روش‌های دیگر برای کنترل جدایی ستون آب ضمیمه‌ها ضمیمه 1 مخفف اسامی مؤسسات ضمیمه 2 استاندارد لوله‌ها و متعلقات آن‌ها ضمیمه 3 استاندارد شیرها ضمیمه 4 برنامه‌های رایانه مثال 16-2 و 17- 2 ضمیمه 5 واژه‌نامه انگلیسی به فارسی ضمیمه 6 علامت‌ها و اختصارها واژه‌یاب          

برشی از متن کتاب

فصل اول: مبانی هیدرولیک لوله‌ها در این فصل ابتدا خواصی از سیالات که در عبور از لوله‌ها و مجاری بسته حائز اهمیت هستند موردبحث قرار می‌گیرند. سپس طبقه‌بندی‌های مختلف جریان سیالات معرفی و در ادامه، قوانین و معادلات اساسی حاکم بر حرکت سیالات نیز بررسی می‌شوند. فصل دوم: افت هد در لوله‌ها در این فصل افت هد ناشی از اصطکاک در لوله مرسوم به "افت هد اصطکاکی" و افت هد ناشی از متعلقات فرعی لوله مرسوم به "افت هد فرعی یا جزئی" موردبحث قرار می‌گیرد. فصل سوم: لوله‌های معادل استفاده از لوله‌های معادل در هر شبکه نه‌تنها هیچ‌گونه تغییری در رفتار هیدرولیکی شبکه به وجود نمی‌آورد بلکه باعث سهولت در تحلیل شبکه و صرفه‌جویی در وقت و حافظه کامپیوتر می‌شود. لوله معادل، لوله‌ای است با قطر یکنواخت به‌طوری‌که افت هد و دبی آن همانند افت هد و دبی کل سیستم چند لوله‌ای است. فصل چهارم: لوله‌ها، اتصالات و متعلقات لوله‌کشی در این فصل ویژگی‌ها و مشخصات لوله‌ها، اتصالات و متعلقات لوله‌کشی که معمولاً در خطوط انتقال و شبکه‌های توزیع تحت‌فشار به کار می‌روند، موردبحث قرار می‌گیرند. فصل پنجم: شیرها شیرها متعلقاتی از سیستم انتقال و توزیع آب هستند که برای کنترل دبی، فشار و یا هوا به کار می‌روند. شیرها با توجه به روش بهره‌برداری به دودسته تقسیم می‌شوند؛ شیرهای با کنترل دستی و شیرهای خودکار. فصل ششم: پمپ و پمپاژ در این فصل پمپ‌های سانتریفوژ بررسی می‌شوند؛ چراکه آن‌ها متداول‌ترین پمپ‌هایی هستند که در سیستم‌های آب و فاضلاب شهری کاربرد دارند. فصل هفتم: مخازن توزیع با توجه به اینکه بخش قابل‌توجهی از هزینه‌های پروژه‌های آب‌رسانی شهری را ساخت مخازن تشکیل می‌دهد، مطالب این فصل به‌گونه‌ای تدوین‌شده است که نیازهای اطلاعاتی در این زمینه برای مهندس طرح تأمین کنند. فصل هشتم: مصرف آب شهری هر سیستم انتقال و توزیع آب شهری باید به‌گونه‌ای طراحی و اجرا شود که بتواند نیاز آبی جامعه را با فشار کافی در تمام دورانِ طرح تأمین کند. برای این منظور مهندس طراح باید از انواع و میزان مصرف آب شهری و نیز نوسان‌های مصرف آن اطلاع کافی داشته باشد. فصل نهم: طراحی قطر لوله‌ها یک شبکه توزیع آب باید بتواند آب کافی را با حداقل فشار موردنیاز در تمام مدت دوره طرح در اختیار مصرف‌کنندگان قرار دهد. مهندس طراح باید شبکه را به‌گونه‌ای طراحی کند که این هدف با حداقل هزینه تأمین شود. فصل دهم: فرمول‌بندی معادلات برای تحلیل هیدرولیکی شبکه‌ها در این فصل تعدادی از معادلات حل شبکه‌های توزیع آب آورده شده است. فصل یازدهم: روش ‌هاردی کراس در این فصل روش‌ هاردی کراس برای حل معادلات و تحلیل شبکه توزیع آب توضیح داده‌شده است. فصل دوازدهم: روش نیوتن- رافسون در این فصل روش نیوتن-رافسون برای حل معادلات و تحلیل شبکه توزیع آب تشریح شده است. فصل سیزدهم: روش نظریه خطی در فصل شانزدهم نظریه خطی برای حل معادلات و تحلیل شبکه توزیع آب بیان‌شده است. فصل چهاردهم: مفاهیم اساسی جریان نا ماندگار این قسمت به تشریح عوامل به وجود آورنده جریان ناماندگار و پیامدهای ناشی از آن می پردازد. فصل پانزدهم: روش‌های حل عددی جریان نا ماندگار در این فصل روش‌های حل عددی جریان ناماندگار به روش‌های ترسیمی، مشخصه، جبری و اختلال به‌طور مفصل بیان‌شده است. فصل شانزدهم: سیستم‌های توزیع مرکب سیستم‌های توزیع مرکب با شرایط مرزی گوناگون با استفاده از روش مشخصه‌ها، از مسائل مطرح شده در این فصل می باشند. فصل هفدهم: روش‌ها و تجهیزات کنترل‌کننده ضربه قوچ در فصل آخرِ کتاب، روش‌ها و تجهیزات کنترل‌کننده ضربه قوچ و معادلات مرتبط با به‌کارگیری آن‌ها تشریح خواهند شد.

• نویسندگان: دکتر امیر تائبی - دکتر محمدرضا چمنی
• انتشارات: دانشگاه صنعتی اصفهان