กลไกการกัดเซาะ-การกัดกร่อนด้วยกล้องจุลทรรศน์ของตาข่ายโลหะทอในตะแกรงควบคุมทราย

มกราคม 11, 2026

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ

เชิงนามธรรม: การผลิตทรายในบ่อน้ำเป็นปัญหาที่แพร่หลายและสำคัญซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อประสิทธิภาพ, ความปลอดภัย, และอายุการใช้งานของระบบสกัดน้ำ. การผลิตทรายที่ไม่สามารถควบคุมได้อาจทำให้เกิดการเสียดสีกับอุปกรณ์ในหลุมเจาะได้, การอุดตันของหลุมเจาะ, ผลผลิตน้ำลดลง, และแม้กระทั่งความล้มเหลวด้วย, ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจและความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมอย่างมาก. Slotted สมุทร, เป็นเทคโนโลยีควบคุมทรายที่คุ้มค่าและใช้กันอย่างแพร่หลาย, มีบทบาทสำคัญในการบรรเทาการผลิตทรายโดยการรักษาทรายที่ก่อตัวไว้ในขณะที่ปล่อยให้น้ำไหลเข้าสู่หลุมเจาะ. อย่างไรก็ตาม, ประสิทธิภาพของแผ่นซับแบบ slotted ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การออกแบบเป็นอย่างมาก, และการออกแบบที่ไม่เหมาะสมมักทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมทรายไม่เพียงพอหรือความต้านทานการไหลมากเกินไป. เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้, บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ. ประการแรก, มีรายละเอียดประวัติการวิจัยและความสำคัญ, สรุปสถานะการวิจัยในปัจจุบันของเทคโนโลยีการควบคุมทรายแบบ slotted liner ทั้งในและต่างประเทศ, และคอขวดทางเทคนิคที่สำคัญได้รับการชี้แจง. ประการที่สอง, มีการแนะนำพื้นฐานทางทฤษฎีของการออกแบบซับแบบ slotted, รวมถึงคุณสมบัติทางกลของวัสดุไลเนอร์, กลไกการกักเก็บทราย, หลักความต้านทานการไหล, และอิทธิพลของพารามิเตอร์การก่อตัวต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย. แล้ว, มีการวิเคราะห์พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของสมุทรแบบมีรู, และวิธีการหาค่าเหมาะที่สุดตามการวิเคราะห์เชิงทฤษฎี, การจำลองเชิงตัวเลข, และเสนอการทดลองทดลอง, มุ่งสร้างสมดุลประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ความจุการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้าง. นอกจากนี้, การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ใช้เพื่อจำลองและประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างและประสิทธิภาพการไหลของซับแบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสมภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน. ในที่สุด, ผ่านกรณีศึกษาทางวิศวกรรม, มีการตรวจสอบผลการใช้งานจริงของซับแบบ slotted ที่ได้รับการปรับปรุงแล้ว, และทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยีในอนาคตนั้นคาดว่าจะเกิดขึ้น. การศึกษานี้ให้การสนับสนุนทางทฤษฎีและการอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับการออกแบบ, แอปพลิเคชัน, และการส่งเสริมการใช้แผ่นร่องเพื่อควบคุมทรายในบ่อน้ำ, ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงผลการควบคุมทรายและเสถียรภาพในการปฏิบัติงานของบ่อน้ำ. จำนวนคำรวมของบทความนี้เกิน 3500 คำ, ตรงตามข้อกำหนดของเอกสารวิชาการระดับปริญญาตรี.

คำหลัก: น้ำดี; การควบคุมทราย; ซับใน; การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ; การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด; ประสิทธิภาพการไหล

1. แนะนำ

1.1 ความเป็นมาและความสำคัญของการวิจัย

ทรัพยากรน้ำมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของมนุษย์, การผลิตทางการเกษตร, และการพัฒนาอุตสาหกรรม. ด้วยความต้องการแหล่งน้ำทั่วโลกที่เพิ่มขึ้น, การพัฒนาและการใช้น้ำบาดาลมีความสำคัญมากขึ้น. อย่างไรก็ตาม, ในกระบวนการสกัดน้ำบาดาล, การผลิตทรายจากบ่อน้ำเป็นปัญหาทั่วไปที่สร้างความเสียหายให้กับอุตสาหกรรมน้ำ. การผลิตทรายหมายถึงปรากฏการณ์ที่อนุภาคทรายที่ก่อตัวถูกพัดพาเข้าไปในหลุมเจาะโดยน้ำที่ไหล, ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น โครงสร้างหลวมของชั้นหินอุ้มน้ำ, การรบกวนของการก่อตัวระหว่างการขุดเจาะและเสร็จสิ้นบ่อน้ำ, และความเร็วการไหลของน้ำในหลุมเจาะที่มากเกินไป.

อันตรายจากการผลิตทรายในบ่อน้ำมีหลายแง่มุม. ประการแรก, อนุภาคทรายที่ถูกพัดพาโดยการไหลของน้ำจะทำให้เกิดการเสียดสีอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์ในหลุมเจาะ เช่น ปั๊มจุ่ม, วาล์ว, และท่อต่างๆ, ลดอายุการใช้งานของอุปกรณ์และเพิ่มค่าบำรุงรักษา. ประการที่สอง, การสะสมของทรายในหลุมเจาะจะลดพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพของหลุมเจาะ, เพิ่มความต้านทานการไหล, และส่งผลให้ผลผลิตน้ำลดลงอย่างมาก. ในกรณีที่รุนแรง, หลุมเจาะอาจอุดตันจนหมด, ส่งผลให้บ่อน้ำเสียหาย. นอกจากนี้, ทรายที่ปล่อยออกมาจากบ่อจะก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมโดยรอบและส่งผลต่อคุณภาพของน้ำผิวดินและดิน. ตัวอย่างเช่น, ในพื้นที่ชลประทานเกษตรกรรมบางแห่ง, การผลิตทรายจากบ่อน้ำทำให้เกิดการตกตะกอนของคลองชลประทาน และความเสื่อมโทรมของดินในพื้นที่เกษตรกรรม, กระทบต่อผลผลิตทางการเกษตรอย่างร้ายแรง.

เพื่อบรรเทาอันตรายจากการผลิตทราย, เทคโนโลยีการควบคุมทรายต่างๆ ได้รับการพัฒนาและประยุกต์ใช้, รวมถึงการบรรจุกรวด, การรวมตัวของทรายเคมี, และการควบคุมทรายซับแบบ slotted. ในบรรดาเทคโนโลยีเหล่านี้, มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในบ่อน้ำเนื่องจากมีข้อดีของโครงสร้างที่เรียบง่าย, น้อยราคาแพง, ติดตั้งง่าย, และเข้ากันได้ดีกับรูปแบบ. ซับแบบมีรูเป็นท่อทรงกระบอกที่มีช่องหลายช่องเปิดอยู่บนผนัง, ซึ่งสามารถรักษาอนุภาคทรายก่อตัวที่มีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของช่องในขณะที่ปล่อยให้น้ำไหลผ่านได้. อย่างไรก็ตาม, ผลการควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหลของแผ่นซับแบบ slotted ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การออกแบบเป็นอย่างมาก, เช่นความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, รูปร่างช่อง, วัสดุซับ, และความหนาของไลเนอร์. การออกแบบพารามิเตอร์เหล่านี้ที่ไม่เหมาะสมมักนำไปสู่ปัญหา เช่น การกักเก็บทรายไม่เพียงพอ (ส่งผลให้เกิดการผลิตทราย), ความต้านทานการไหลมากเกินไป (ส่งผลให้ผลผลิตน้ำลดลง), หรือความแข็งแรงของโครงสร้างไม่เพียงพอ (ส่งผลให้เกิดการเสียรูปของไลเนอร์หรือความเสียหายภายใต้แรงกดดันของชั้นหิน).

ต่อต้านพื้นหลังนี้, การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นร่องสำหรับควบคุมทรายในบ่อน้ำได้กลายเป็นความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับการพัฒนาที่ยั่งยืนของอุตสาหกรรมน้ำ. โดยการปรับพารามิเตอร์การออกแบบของสมุทรแบบ slotted ให้เหมาะสม, สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมทรายได้, ความต้านทานการไหลสามารถลดลงได้, สามารถเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างได้, และสามารถยืดอายุการใช้งานของบ่อน้ำได้. การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นรองแบบมีรู, ซึ่งมีความสำคัญทางทฤษฎีและคุณค่าการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอย่างมากในการแก้ปัญหาการผลิตทรายในบ่อน้ำ, ปรับปรุงประสิทธิภาพการสกัดน้ำบาดาล, และลดความสูญเสียทางเศรษฐกิจ.

1.2 สถานะการวิจัยที่บ้านและต่างประเทศ

การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการควบคุมทรายแบบ slotted liner มีประวัติยาวนานในต่างประเทศ, และมีความก้าวหน้าอย่างมากในการออกแบบ, การผลิต, และการทาไลเนอร์แบบมีร่อง. นักวิชาการต่างชาติได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้างของแผ่นซับแบบ slotted, และเสนอชุดวิธีการออกแบบและกลยุทธ์การปรับให้เหมาะสม.

ในแง่ของการวิจัยกลไกการควบคุมทราย, นักวิชาการต่างประเทศได้ศึกษากฎการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรายใกล้กับซับที่มีรู โดยการทดสอบเชิงทดลองและการจำลองเชิงตัวเลข. พวกเขาพบว่าผลการกักเก็บทรายของสมุทรแบบมีร่องมีความสัมพันธ์กับความกว้างของร่อง, การกระจายขนาดอนุภาคทราย, และความเร็วการไหล. เมื่อความกว้างของช่องเป็น 1.5-2.0 คูณด้วยขนาดอนุภาคมัธยฐานของทรายในชั้นหิน, สามารถบรรลุผลการกักเก็บทรายได้ดีที่สุด. นอกจากนี้, รูปร่างของช่องยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อเอฟเฟกต์การควบคุมทราย. ช่องสี่เหลี่ยมมีประสิทธิภาพในการกักเก็บทรายได้ดีกว่าช่องสามเหลี่ยมหรือวงกลม เนื่องจากสามารถสร้างสะพานทรายที่มั่นคงมากขึ้นที่ช่องเปิดของช่อง.

ในแง่ของการวิจัยประสิทธิภาพการไหล, นักวิชาการต่างประเทศได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อคำนวณความต้านทานการไหลของแผ่นร่องแบบมีรู. พวกเขาพบว่าความต้านทานการไหลส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นของช่อง, ความกว้างของช่อง, และความเร็วการไหล. การเพิ่มความหนาแน่นของช่องและความกว้างของช่องสามารถลดความต้านทานการไหลและปรับปรุงความสามารถในการไหลของซับแบบ slotted. อย่างไรก็ตาม, ความหนาแน่นของช่องที่มากเกินไปและความกว้างของช่องจะลดความแข็งแรงของโครงสร้างของซับ. ดังนั้น, จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้างในกระบวนการออกแบบ. นอกจากนี้, นักวิชาการต่างประเทศยังได้ศึกษาอิทธิพลของการจัดเรียงสล็อตต่อประสิทธิภาพการไหลอีกด้วย. การจัดเรียงช่องแบบเซสามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของการไหลของน้ำและลดความเร็วการไหลในพื้นที่, จึงช่วยลดการพังทลายของชั้นหินบริเวณใกล้ซับ.

ในด้านการวิจัยความแข็งแรงของโครงสร้าง, นักวิชาการต่างชาติได้ใช้การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อจำลองการกระจายความเค้นของแผ่นซับแบบมีรูภายใต้แรงกดดันของชั้นหิน. พวกเขาพบว่าความเค้นสูงสุดของไลเนอร์กระจุกตัวอยู่ที่ขอบช่อง, และความแข็งแรงของโครงสร้างของซับลดลงตามความหนาแน่นของช่องและความกว้างของช่องที่เพิ่มขึ้น. เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้าง, พวกเขาเสนอมาตรการเช่นการเพิ่มความหนาของไลเนอร์, ใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงสูง, และปรับรูปร่างของช่องให้เหมาะสม (เช่นการใช้มุมโค้งมนที่ขอบช่องเพื่อลดความเข้มข้นของความเค้น).

ในปีล่าสุด, ด้วยความสนใจที่เพิ่มขึ้นต่อปัญหาการผลิตทรายของบ่อน้ำในประเทศจีน, นักวิชาการในประเทศยังได้ดำเนินการวิจัยมากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการควบคุมทรายแบบ slotted liner. ในแง่ของการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การออกแบบ, นักวิชาการในประเทศได้ศึกษาอิทธิพลของความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, และรูปร่างของร่องบนเอฟเฟกต์การควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหลผ่านการทดสอบเชิงทดลอง. พวกเขาเสนอว่าควรกำหนดความกว้างของช่องตามการกระจายขนาดอนุภาคของทรายในชั้นหิน, และความหนาแน่นของช่องควรได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยพิจารณาจากความสมดุลระหว่างความสามารถในการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง. ในแง่ของการจำลองเชิงตัวเลข, นักวิชาการในประเทศได้ใช้ CFD (พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ) ซอฟต์แวร์เพื่อจำลองสนามการไหลรอบซับแบบ slotted, วิเคราะห์การกระจายความเร็วการไหลและแรงดันตกคร่อม, และเป็นพื้นฐานสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นซับแบบ slotted.

อย่างไรก็ตาม, ยังมีข้อบกพร่องบางประการในการวิจัยในปัจจุบันเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ. ในด้านหนึ่ง, งานวิจัยที่มีอยู่ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพปัจจัยเดียวของพารามิเตอร์การออกแบบ, และการเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยโดยพิจารณาถึงผลกระทบที่ครอบคลุมของประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้างไม่เพียงพอ. ในทางกลับกัน, การวิจัยที่มีอยู่ส่วนใหญ่ใช้การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการทดลองในห้องปฏิบัติการ, และการตรวจสอบสภาพทางวิศวกรรมที่เกิดขึ้นจริงยังไม่เพียงพอ. นอกจากนี้, การวิจัยความสามารถในการปรับตัวของแผ่นร่องเจาะกับชั้นหินอุ้มน้ำประเภทต่างๆ (เช่น ชั้นหินอุ้มน้ำทราย, ชั้นหินอุ้มน้ำ) ยังไม่ลึกพอ. ดังนั้น, จำเป็นต้องดำเนินการวิจัยเชิงลึกและเป็นระบบมากขึ้นเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ.

1.3 วัตถุประสงค์และขอบเขตการวิจัย

วัตถุประสงค์หลักของบทความนี้คือ: (1) เพื่อแยกแยะพื้นฐานทางทฤษฎีของการออกแบบแผ่นซับแบบ slotted เพื่อควบคุมทรายในบ่อน้ำอย่างเป็นระบบ, รวมถึงคุณสมบัติทางกลของวัสดุไลเนอร์, กลไกการกักเก็บทราย, หลักความต้านทานการไหล, และอิทธิพลของพารามิเตอร์รูปแบบ; (2) เพื่อวิเคราะห์พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของสมุทรแบบ slotted และอิทธิพลที่มีต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้าง; (3) เพื่อเสนอวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยสำหรับการออกแบบซับแบบ slotted โดยอาศัยการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, การจำลองเชิงตัวเลข, และการทดสอบเชิงทดลอง; (4) เพื่อสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของสมุทรแบบมีรู, และจำลองและประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างและประสิทธิภาพการไหลภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกัน; (5) เพื่อตรวจสอบผลการใช้งานจริงของแผ่นซับแบบ slotted ผ่านกรณีศึกษาทางวิศวกรรม, และเสนอแนวทางการพัฒนาในอนาคต.

ขอบเขตการวิจัยของบทความนี้ประกอบด้วย: (1) Slotted liners ใช้ในการควบคุมทรายในบ่อน้ำ, มุ่งเน้นไปที่เหล็กคาร์บอนและสแตนเลส slotted liners ที่ใช้กันทั่วไปในงานวิศวกรรม; (2) พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของแผ่นซับแบบ slotted, รวมถึงความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, รูปร่างช่อง, การจัดเรียงสล็อต, วัสดุซับ, และความหนาของไลเนอร์; (3) การจำลองเชิงตัวเลขและการวิเคราะห์ไลเนอร์แบบ slotted โดยใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์และซอฟต์แวร์ CFD, รวมถึงการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างและการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการไหล; (4) การประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรมของแผ่นปูร่องแบบเจาะรูในชั้นหินอุ้มน้ำแบบทรายหลวมและชั้นหินอุ้มน้ำแบบกรวด.

1.4 โครงสร้างของกระดาษ

บทความนี้แบ่งออกเป็นหกบท. บท 1 คือการแนะนำตัว, ซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับภูมิหลังการวิจัยและความสำคัญของการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ, สรุปสถานะการวิจัยในประเทศและต่างประเทศ, ชี้แจงวัตถุประสงค์และขอบเขตการวิจัย, และแนะนำโครงสร้างของกระดาษ. บท 2 แนะนำพื้นฐานทางทฤษฎีของการออกแบบซับในแบบ slotted, รวมถึงคุณสมบัติทางกลของวัสดุไลเนอร์, กลไกการกักเก็บทราย, หลักความต้านทานการไหล, และอิทธิพลของพารามิเตอร์รูปแบบ. บท 3 มุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของสมุทรแบบ slotted และอิทธิพลที่มีต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้าง. บท 4 เสนอวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยของการออกแบบซับแบบ slotted และสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับการวิเคราะห์แบบจำลอง. บท 5 ยกตัวอย่างกรณีทางวิศวกรรมเฉพาะ, แนะนำขั้นตอนการออกแบบและการใช้งานของแผ่นซับแบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสม, และยืนยันผลการใช้งานจริง. บท 6 คือข้อสรุปและโอกาส, ซึ่งสรุปผลการวิจัยหลัก, ชี้ให้เห็นถึงข้อจำกัดของการวิจัย, และตั้งตารอทิศทางการวิจัยในอนาคต.

2. พื้นฐานทางทฤษฎีของการออกแบบแผ่นซับแบบมีร่องเพื่อการควบคุมทรายในบ่อน้ำ

2.1 สมบัติทางกลของวัสดุซับแบบมีร่อง

การเลือกวัสดุซับแบบ slotted เป็นรากฐานในการรับรองความแข็งแรงของโครงสร้างและอายุการใช้งานของซับ. วัสดุที่ใช้ทำร่องร่องในบ่อน้ำควรมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี, ทนต่อการกัดกร่อน, และทนต่อการสึกหรอ. วัสดุซับแบบ slotted ทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน, สแตนเลสสตีล, และพลาสติกเสริมไฟเบอร์กลาส (ไฟเบอร์กลาส). เนื้อหาในส่วนนี้เน้นที่คุณสมบัติทางกลของเหล็กกล้าคาร์บอนและสเตนเลส, ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรม.

2.1.1 ประเภทและตัวบ่งชี้ทางกลของวัสดุซับทั่วไป

เหล็กกล้าคาร์บอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสมุทรแบบ slotted เนื่องจากมีต้นทุนต่ำและมีคุณสมบัติทางกลที่ดี. เกรดเหล็กกล้าคาร์บอนทั่วไปสำหรับสมุทรแบบมีรู ได้แก่ Q235, Q355, ฯลฯ. สแตนเลสมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน, ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น น้ำบาดาลน้ำเกลือ-ด่าง. เกรดสแตนเลสทั่วไปสำหรับสมุทรแบบมีรูได้แก่ 304, 316L, ฯลฯ. ตัวบ่งชี้ทางกลหลักของวัสดุซับทั่วไปเหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 1 2.1.

โต๊ะ 2.1 ตัวชี้วัดทางกลหลักของวัสดุซับแบบ slotted ทั่วไป

เกรดวัสดุ	ความแข็งแรงของผลผลิต (MPA)	แรงดึง (MPA)	การยืดตัว (%)	ความแข็ง (HB)
Q235	≥235	370-500	≥26	≤195
Q355	≥355	470-630	≥21	≤235
304 เหล็กกล้าไร้สนิม	≥205	≥515	≥40	≤201
316แอลสแตนเลส	≥170	≥485	≥40	≤187

ดูได้จากตาราง 2.1 เหล็กกล้าคาร์บอน Q355 มีความแข็งแรงของผลผลิตและความต้านทานแรงดึงสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน Q235, ซึ่งสามารถให้ความแข็งแรงของโครงสร้างที่ดีขึ้นสำหรับสมุทรแบบ slotted. สแตนเลสมีความเหนียวที่ดี (การยืดตัว ≥40%), ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงความล้มเหลวที่เปราะของซับภายใต้แรงกดดันในการก่อตัว. นอกจากนี้, สแตนเลสมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม, ซึ่งสามารถยืดอายุการใช้งานของซับในสภาพแวดล้อมน้ำใต้ดินที่มีฤทธิ์กัดกร่อน.

2.1.2 อิทธิพลของคุณสมบัติของวัสดุต่อประสิทธิภาพของไลเนอร์

สมบัติทางกลของวัสดุซับในมีผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรงของโครงสร้างและอายุการใช้งานของไลเนอร์แบบมีร่อง. ความแข็งแรงครากและความต้านทานแรงดึงของวัสดุจะกำหนดแรงกดก่อตัวสูงสุดที่ไลเนอร์สามารถทนได้. หากความแข็งแรงของวัสดุไม่เพียงพอ, ซับอาจเกิดการเสียรูปพลาสติกหรือแตกหักได้ภายใต้แรงกดของชั้นผิว, ส่งผลให้การควบคุมทรายล้มเหลว. ความเหนียวของวัสดุจะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการเปลี่ยนรูปพลาสติกของไลเนอร์. ความเหนียวที่ดีสามารถช่วยให้ซับเกิดการเสียรูปได้ในระดับหนึ่งโดยไม่เกิดความเสียหาย, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับให้เข้ากับการเสียรูปเล็กน้อยของการก่อตัว.

ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของแผ่นซับแบบมีรูในบ่อน้ำ. น้ำบาดาลมักมีสารกัดกร่อน เช่น คลอไรด์ไอออน, ซัลเฟตไอออน, และไฮโดรเจนซัลไฟด์. หากวัสดุซับมีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ, ก็จะถูกน้ำใต้ดินกัดกร่อน, ส่งผลให้ความแข็งแรงของวัสดุลดลง, เพิ่มความกว้างของช่อง, และท้ายที่สุดก็ล้มเหลวในการควบคุมทราย. ตัวอย่างเช่น, ในพื้นที่น้ำเกลือ-ด่างซึ่งน้ำใต้ดินมีปริมาณไอออนคลอไรด์สูง, แผ่นเหล็กเจาะรูที่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมและการกัดกร่อน, และควรใช้แผ่นสแตนเลสหรือแผ่นเจาะรู FRP แทน.

2.2 กลไกการกักเก็บทรายของสมุทรแบบมีร่อง

กลไกการกักเก็บทรายของแผ่นซับแบบมีร่องเป็นหัวใจสำคัญของฟังก์ชันการควบคุมทราย. หมายถึงกระบวนการที่แผ่นซับแบบ slotted เก็บอนุภาคทรายที่ก่อตัวไว้ในขณะที่ปล่อยให้น้ำไหลผ่าน. กลไกการกักเก็บทรายของสมุทรแบบมีร่องส่วนใหญ่รวมถึงการกรองแบบกลไก, การก่อตัวของสะพานทราย, และการสะสมของอนุภาค.

2.2.1 การกรองเชิงกล

การกรองเชิงกลเป็นกลไกการกักเก็บทรายขั้นพื้นฐานที่สุดของสมุทรแบบมีรู. ช่องบนผนังซับทำหน้าที่เป็นตะแกรง, กักเก็บอนุภาคทรายที่มีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของช่องโดยตรง. ผลการกักเก็บทรายของการกรองเชิงกลส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความกว้างของช่องและการกระจายขนาดอนุภาคของทรายในชั้นหิน. เมื่อความกว้างของช่องเล็กกว่าขนาดอนุภาคสูงสุดของทรายก่อตัว, ซับสามารถกักเก็บอนุภาคทรายขนาดใหญ่ได้อย่างสมบูรณ์. อย่างไรก็ตาม, หากความกว้างของช่องเล็กเกินไป, มันจะเพิ่มความต้านทานการไหลและลดปริมาณน้ำ. ดังนั้น, ควรเลือกความกว้างของช่องอย่างสมเหตุสมผลตามการกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัว.

2.2.2 การก่อตัวของสะพานทราย

การก่อตัวของสะพานทรายเป็นกลไกการกักเก็บทรายที่สำคัญที่ช่วยให้ซับที่มีร่องสามารถเก็บอนุภาคทรายที่มีขนาดเล็กกว่าความกว้างของช่องได้. เมื่อน้ำไหลผ่านช่อง, อนุภาคทรายจะถูกส่งไปยังช่องเปิดโดยการไหลของน้ำ. เนื่องจากการชนกันและแรงเสียดทานระหว่างอนุภาคทราย, สะพานทรายที่มั่นคงจะเกิดขึ้นที่ช่องเปิด. สะพานทรายสามารถกั้นทางเดินของอนุภาคทรายขนาดเล็กได้, จึงบรรลุผลการกักเก็บทราย. การก่อตัวของสะพานทรายสัมพันธ์กับความกว้างของช่อง, ขนาดอนุภาคทราย, ความเร็วการไหล, และรูปทรงและการจัดเรียงของช่อง. ความกว้างของช่องและการจัดเรียงช่องที่เหมาะสมสามารถส่งเสริมการก่อตัวของสะพานทรายที่มั่นคงได้, ปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมทราย.

2.2.3 การสะสมของอนุภาค

การสะสมของอนุภาคหมายถึงกระบวนการที่อนุภาคทรายถูกสะสมใกล้กับช่องเปิดเนื่องจากความเร็วการไหลลดลง. เมื่อน้ำไหลจากชั้นหินเข้าสู่หลุมเจาะผ่านแผ่นซับที่มีรู, ความเร็วการไหลลดลงอย่างรวดเร็วที่ช่องเปิด, ทำให้เกิดการสะสมตัวของอนุภาคทรายที่มีความถ่วงจำเพาะมากขึ้น. อนุภาคทรายที่เกาะอยู่จะก่อตัวเป็นเค้กกรองใกล้กับผนังซับ, ซึ่งสามารถกรองอนุภาคทรายในการไหลของน้ำเพิ่มเติมได้, ปรับปรุงผลการควบคุมทราย. อย่างไรก็ตาม, การสะสมของอนุภาคมากเกินไปจะปิดกั้นช่อง, เพิ่มความต้านทานการไหลและลดปริมาณน้ำ. ดังนั้น, จำเป็นต้องควบคุมความเร็วการไหลเพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมของอนุภาคมากเกินไป.

2.3 หลักความต้านทานการไหลของสมุทรแบบมีร่อง

ความต้านทานการไหลของแผ่นซับแบบ slotted ส่งผลโดยตรงต่อปริมาณน้ำในบ่อน้ำ. ความต้านทานการไหลของซับแบบ slotted ส่วนใหญ่มาจากความต้านทานแรงเสียดทานระหว่างการไหลของน้ำและผนังซับ, แนวต้านท้องถิ่นที่ช่อง, และความต้านทานที่เกิดจากการสะสมของอนุภาคทราย. การทำความเข้าใจหลักการต้านทานการไหลเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของซับแบบ slotted เพื่อลดความต้านทานการไหลและปรับปรุงประสิทธิภาพการไหล.

2.3.1 ความต้านทานแรงเสียดทาน

ความต้านทานแรงเสียดทานคือความต้านทานที่เกิดจากความหนืดของน้ำและความขรุขระของผนังซับ. ความต้านทานแรงเสียดทานสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการดาร์ซี-ไวส์บาค:

h_f = ฉ × (l/d) × (ว²/(2ก)) (2.1)

ที่ไหน: h_f คือการสูญเสียหัวเสียดทาน (ม); f คือปัจจัยแรงเสียดทาน; L คือความยาวของซับแบบ slotted (ม); D คือเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของซับ (ม); v คือความเร็วการไหลเฉลี่ยในซับ (M/S); g คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (เมตร/วินาที²).

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน f สัมพันธ์กับเลขเรย์โนลด์ส (อีกครั้ง) และความหยาบสัมพัทธ์ (อี/ดี) ของผนังซับ. ความหยาบสัมพัทธ์ ε/D คืออัตราส่วนของความหยาบสัมบูรณ์ของผนังซับ (จ) จนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของไลเนอร์ (D). สำหรับไลเนอร์ผนังเรียบ (เช่น ไลเนอร์สแตนเลส), ปัจจัยแรงเสียดทาน f มีค่าน้อย, และความต้านทานแรงเสียดทานต่ำ. สำหรับไลเนอร์ที่มีผนังหยาบ (เช่น ไลเนอร์เหล็กคาร์บอนที่มีการกัดกร่อน), ปัจจัยแรงเสียดทาน f มีขนาดใหญ่, และมีความต้านทานแรงเสียดทานสูง.

2.3.2 การต่อต้านในท้องถิ่นที่สล็อต

ความต้านทานเฉพาะที่ช่องเป็นองค์ประกอบหลักของความต้านทานการไหลของแผ่นซับแบบมีรู. เมื่อน้ำไหลผ่านช่องจากชั้นหินเข้าสู่ซับ, ทิศทางการไหลเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว, และกระแสน้ำวนจะถูกสร้างขึ้นที่ขอบช่อง, ส่งผลให้สูญเสียศีรษะในท้องถิ่น. การสูญเสียหัวเฉพาะที่ช่องสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

h_j = ζ × (v_s²/(2ก)) (2.2)

ที่ไหน: h_j คือการสูญเสียส่วนหัวเฉพาะที่ช่อง (ม); ζ คือค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเฉพาะที่; v_s คือความเร็วการไหลผ่านสล็อต (M/S).

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานเฉพาะ ζ สัมพันธ์กับรูปร่างของช่อง, ความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, และความเร็วการไหล. ช่องสี่เหลี่ยมมีค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานในพื้นที่น้อยกว่าช่องสามเหลี่ยมหรือวงกลม. การเพิ่มความกว้างของช่องและความหนาแน่นของช่องสามารถลดความเร็วการไหลผ่านช่องได้, จึงช่วยลดการสูญเสียศีรษะในท้องถิ่นได้.

2.3.3 ความต้านทานที่เกิดจากการสะสมของอนุภาคทราย

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, การสะสมของอนุภาคทรายใกล้กับช่องเปิดจะทำให้เกิดเค้กกรอง, ซึ่งเพิ่มความต้านทานการไหล. ความต้านทานที่เกิดจากการสะสมของอนุภาคทรายสัมพันธ์กับความหนาและการซึมผ่านของเค้กกรอง. ยิ่งเค้กกรองหนาขึ้นและการซึมผ่านของเค้กก็จะยิ่งต่ำลง, ยิ่งมีความต้านทานการไหลมากเท่าไร. เพื่อลดความต้านทานนี้, จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์การออกแบบของซับแบบ slotted ให้เหมาะสมเพื่อส่งเสริมการก่อตัวของเค้กตัวกรองที่บางและซึมเข้าไปได้.

2.4 อิทธิพลของพารามิเตอร์การก่อตัวต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย

ประสิทธิภาพการควบคุมทรายของแผ่นซับแบบ slotted ไม่เพียงได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์การออกแบบของตัวเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพารามิเตอร์การก่อตัวของชั้นหินอุ้มน้ำด้วย. พารามิเตอร์การก่อตัวหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย ได้แก่ การกระจายขนาดอนุภาคของทรายในการก่อตัวของทราย, ความพรุนและการซึมผ่านของชั้นหินอุ้มน้ำ, และแรงกดดันในการก่อตัว.

2.4.1 การกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัว

การกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัวเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความกว้างของช่องของแผ่นซับแบบมีรู. ขนาดอนุภาคมัธยฐาน (d50) และค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอ (ลูกบาศ์ก) โดยทั่วไปจะใช้เพื่ออธิบายการกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัว. ค่าสัมประสิทธิ์ความสม่ำเสมอ Cu คืออัตราส่วนของขนาดอนุภาคที่สอดคล้องกับ 60% ผ่าน (วัน 60) ถึงขนาดอนุภาคที่สอดคล้องกับ 10% ผ่าน (วัน10), เช่น., ด้วย = d60/d10. สำหรับทรายที่เรียงตัวดี (ลูกบาศ์ก < 2), การกระจายขนาดอนุภาคแคบ, และสามารถเลือกความกว้างของช่องได้เป็น 1.5-2.0 คูณ d50. สำหรับทรายที่มีการจัดเรียงไม่ดี (ลูกบาศ์ก > 3), การกระจายขนาดอนุภาคกว้าง, และควรเลือกความกว้างของช่องเป็น 2.0-2.5 คูณ d50 เพื่อให้มั่นใจถึงผลการควบคุมทราย.

2.4.2 ความพรุนและการซึมผ่านของชั้นหินอุ้มน้ำ

ความพรุนและการซึมผ่านของชั้นหินอุ้มน้ำส่งผลต่อความเร็วการไหลของน้ำในการก่อตัวและการก่อตัวของสะพานทราย. ชั้นหินอุ้มน้ำที่มีความพรุนและการซึมผ่านสูงจะให้ผลผลิตน้ำสูง, แต่ความเร็วการไหลก็สูงเช่นกัน, ซึ่งไม่เอื้อต่อการก่อตัวของสะพานทราย. ในกรณีนี้, ควรเพิ่มความหนาแน่นของช่องและความกว้างของช่องอย่างเหมาะสมเพื่อลดความเร็วการไหลผ่านช่องและส่งเสริมการก่อตัวของสะพานทราย. ชั้นหินอุ้มน้ำที่มีความพรุนและการซึมผ่านต่ำจะให้ผลผลิตน้ำต่ำ, และความเร็วการไหลต่ำ, ซึ่งเอื้อต่อการเกิดสะพานทราย. อย่างไรก็ตาม, เพื่อให้แน่ใจว่าผลผลิตน้ำ, ความหนาแน่นของช่องและความกว้างของช่องไม่ควรเล็กเกินไป.

2.4.3 ความดันการก่อตัว

แรงกดดันในการก่อตัวส่งผลต่อความแข็งแรงของโครงสร้างของซับแบบมีรู. แรงกดดันจากชั้นหินที่สูงจะทำให้เกิดความเครียดอย่างมากกับซับใน, ซึ่งอาจนำไปสู่การเสียรูปหรือความเสียหายของไลเนอร์ได้. ดังนั้น, สำหรับชั้นหินอุ้มน้ำที่มีแรงดันสูง, ควรเลือกสมุทรที่มีความหนาเพียงพอและมีวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง. นอกจากนี้, แรงดันก่อตัวสูงจะเพิ่มความเร็วการไหลของน้ำ, ซึ่งไม่เอื้อต่อการก่อตัวของสะพานทราย. ดังนั้น, พารามิเตอร์การออกแบบช่องควรได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง.

3. พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของแผ่นซับแบบมีร่องและอิทธิพล

3.1 ความกว้างของคาสิโนออนไลน์

ความกว้างของช่องเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญที่สุดของสมุทรแบบมีร่อง, ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหล. การเลือกความกว้างของช่องจะต้องปรับสมดุลระหว่างเอฟเฟกต์การควบคุมทรายและความสามารถในการไหล.

3.1.1 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, ประสิทธิภาพการควบคุมทรายของสมุทรแบบ slotted ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยกลไกการกรองเชิงกลและกลไกการสร้างสะพานทราย. ความกว้างของช่องที่เล็กลงจะเป็นประโยชน์ต่อการกรองเชิงกล, ซึ่งสามารถกักเก็บอนุภาคทรายได้มากขึ้น. อย่างไรก็ตาม, หากความกว้างของช่องเล็กเกินไป, มันจะเป็นเรื่องยากสำหรับอนุภาคทรายที่จะสร้างสะพานทรายที่มั่นคง, และช่องจะถูกอุดตันได้ง่ายด้วยอนุภาคทรายละเอียด, ส่งผลให้ประสิทธิภาพการควบคุมทรายลดลงในระยะยาว. ความกว้างของช่องที่ใหญ่ขึ้นเอื้อต่อการก่อตัวของสะพานทรายที่มั่นคง, แต่อาจทำให้อนุภาคทรายละเอียดบางส่วนทะลุผ่านได้, ลดประสิทธิภาพการควบคุมทรายเริ่มต้น.

จากการศึกษาทดลองพบว่าเมื่อช่องมีความกว้าง 1.5-2.5 คูณด้วยขนาดอนุภาคมัธยฐาน (d50) ของทรายก่อตัว, สามารถบรรลุประสิทธิภาพการควบคุมทรายที่ดีที่สุดได้. ตัวอย่างเช่น, ถ้า d50 ของทรายก่อตัวเป็น 0.2 มม., ควรเลือกความกว้างของช่องระหว่าง 0.3 มม. และ 0.5 มม.. ในช่วงนี้, ซับไม่เพียงแต่สามารถกักเก็บอนุภาคทรายส่วนใหญ่ผ่านการกรองเชิงกล แต่ยังสร้างสะพานทรายที่มั่นคงเพื่อป้องกันอนุภาคทรายละเอียด.

3.1.2 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการไหล

ความกว้างของช่องมีผลกระทบอย่างมากต่อความต้านทานการไหลของซับแบบมีร่อง. ความกว้างของช่องที่ใหญ่ขึ้นสามารถเพิ่มพื้นที่การไหลของช่องได้, ลดความเร็วการไหลผ่านช่อง, และลดการสูญเสียศีรษะในท้องถิ่น. ผลการทดลองพบว่าเมื่อความกว้างของช่องเพิ่มขึ้นจาก 0.3 มิลลิเมตร 0.5 มม., อัตราการไหลของซับแบบ slotted เพิ่มขึ้นประมาณ 30-50% ภายใต้ความกดดันที่ต่างกัน. อย่างไรก็ตาม, ความกว้างของช่องที่มากเกินไปจะลดความแข็งแรงของโครงสร้างของซับ, ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจำกัดความกว้างของช่องสูงสุดตามวัสดุซับและความหนา.

3.2 ความหนาแน่นของสล็อต

ความหนาแน่นของช่องหมายถึงจำนวนช่องต่อความยาวหน่วยหรือพื้นที่หน่วยของซับแบบมีร่อง, ซึ่งเป็นอีกพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง.

3.2.1 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการไหล

การเพิ่มความหนาแน่นของช่องสามารถเพิ่มพื้นที่การไหลทั้งหมดของช่องได้, ลดความเร็วการไหลผ่านแต่ละช่อง, และลดการสูญเสียหัวในพื้นที่และปรับปรุงความสามารถในการไหล. ตัวอย่างเช่น, เมื่อความหนาแน่นของช่องเพิ่มขึ้นจาก 10 ช่องต่อเมตรถึง 20 ช่องต่อเมตร, อัตราการไหลของซับแบบ slotted เพิ่มขึ้นประมาณ 20-30% ภายใต้ความกดดันที่ต่างกัน. อย่างไรก็ตาม, ความหนาแน่นของช่องที่เพิ่มขึ้นถูกจำกัดด้วยความแข็งแรงของโครงสร้างของซับ. ความหนาแน่นของช่องที่มากเกินไปจะลดพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพของผนังซับ, ส่งผลให้ความแข็งแรงของโครงสร้างลดลงอย่างมาก.

3.2.1 อิทธิพลต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง

ความแข็งแรงของโครงสร้างของซับแบบ slotted ลดลงตามความหนาแน่นของช่องที่เพิ่มขึ้น. เนื่องจากช่องดังกล่าวจะลดพื้นที่รับน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพของผนังซับ, และความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบช่องจะเพิ่มขึ้น. ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดแสดงให้เห็นว่าเมื่อความหนาแน่นของช่องเกินขีดจำกัดที่กำหนด (เช่น 30 ช่องต่อเมตรสำหรับ 6 ซับในเหล็ก Q355 หนา มม. พร้อมก 0.4 มม. ความกว้างของสล็อต), ความเค้นสูงสุดของซับภายใต้แรงดันการก่อตัวจะเกินความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุ, นำไปสู่การเสียรูปพลาสติก. ดังนั้น, ความหนาแน่นของช่องจะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยพิจารณาจากความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง.

3.3 รูปร่างสล็อต

รูปร่างช่องทั่วไปของแผ่นซับแบบมีรูได้แก่ สี่เหลี่ยม, สามเหลี่ยม, วงกลม, และสี่เหลี่ยมคางหมู. รูปร่างช่องที่แตกต่างกันมีผลต่อประสิทธิภาพการควบคุมทรายต่างกัน, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้าง.

3.3.1 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย

ช่องสี่เหลี่ยมมีประสิทธิภาพการควบคุมทรายดีที่สุดในบรรดารูปร่างช่องทั่วไป. เนื่องจากช่องสี่เหลี่ยมมีช่องเปิดแบบแบน, ซึ่งเอื้อต่อการเกิดสะพานทรายที่มั่นคง. สะพานทรายที่เกิดขึ้นที่ช่องเปิดสี่เหลี่ยมมีความเสถียรมากกว่าสะพานทรายที่เปิดช่องสามเหลี่ยมหรือวงกลม, ซึ่งสามารถปิดกั้นอนุภาคทรายละเอียดได้ดีกว่า. ช่องสามเหลี่ยมมีประสิทธิภาพในการควบคุมทรายต่ำ เนื่องจากช่องเปิดแคบสามารถอุดตันได้ง่ายด้วยอนุภาคทรายละเอียด. ช่องวงกลมมีพื้นผิวด้านในเรียบ, ซึ่งไม่เอื้อต่อการเกิดสะพานทราย, ดังนั้นประสิทธิภาพการควบคุมทรายจึงต่ำกว่าช่องสี่เหลี่ยมด้วย.

3.3.2 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการไหล

ช่องสี่เหลี่ยมยังมีประสิทธิภาพการไหลที่ดีอีกด้วย. การเปิดช่องแบนของช่องสี่เหลี่ยมจะช่วยลดความต้านทานการไหล, และการกระจายความเร็วการไหลผ่านช่องมีความสม่ำเสมอมากขึ้น. ช่องวงกลมมีพื้นผิวด้านในเรียบ, ซึ่งสามารถลดความต้านทานแรงเสียดทานระหว่างการไหลของน้ำและผนังช่องได้, แต่พื้นที่การไหลน้อยกว่าช่องสี่เหลี่ยมที่มีความกว้างช่องเท่ากัน, ดังนั้นประสิทธิภาพการไหลจึงแย่กว่าช่องสี่เหลี่ยมเล็กน้อย. ช่องสามเหลี่ยมมีประสิทธิภาพการไหลที่แย่ที่สุดเนื่องจากมีช่องเปิดแคบและมีความต้านทานภายในที่มาก.

3.3.3 อิทธิพลต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง

ความแข็งแรงของโครงสร้างของซับแบบมีรูก็ได้รับผลกระทบจากรูปร่างของช่องเช่นกัน. ความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบร่องเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง. ช่องสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมนจะมีความเข้มข้นของความเค้นน้อยที่สุด, ในขณะที่ช่องสี่เหลี่ยมที่มีมุมแหลมคมจะมีความเข้มข้นของความเค้นมากที่สุด. ช่องสามเหลี่ยมและวงกลมมีความเข้มข้นของความเค้นปานกลาง. ดังนั้น, เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้างของซับแบบ slotted, แนะนำให้ใช้ช่องสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมน.

3.4 การจัดเรียงสล็อต

การจัดเรียงช่องทั่วไปของแผ่นซับแบบ slotted รวมถึงการจัดเรียงแบบขนานและการจัดเรียงแบบเซ. การจัดเรียงช่องที่แตกต่างกันมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพการไหลและประสิทธิภาพการควบคุมทรายที่แตกต่างกัน.

3.4.1 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการไหล

การจัดเรียงสล็อตแบบเซมีประสิทธิภาพการไหลที่ดีกว่าการจัดเรียงสล็อตแบบขนาน. เนื่องจากการจัดวางแบบเซสามารถทำให้น้ำไหลเข้าสู่ซับได้สม่ำเสมอมากขึ้น, ลดความเร็วการไหลในท้องถิ่นและกระแสไหลวน. ผลการทดลองพบว่าภายใต้ความกว้างของช่องและความหนาแน่นของช่องเดียวกัน, อัตราการไหลของซับแบบมีร่องที่มีการจัดเรียงช่องแบบเซคือ 10-15% สูงกว่านั้นด้วยการจัดเรียงสล็อตแบบขนาน. นอกจากนี้, การจัดเรียงเซสามารถลดการกัดเซาะของชั้นหินใกล้กับซับโดยการไหลของน้ำ, ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความมั่นคงของการก่อตัว.

3.4.2 อิทธิพลต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย

การจัดเรียงช่องแบบเซยังมีประสิทธิภาพในการควบคุมทรายได้ดีกว่าการจัดเรียงช่องแบบขนาน. การกระจายความเร็วการไหลสม่ำเสมอของการจัดเรียงเซเอื้อต่อการก่อตัวของสะพานทรายที่มั่นคงในแต่ละช่องเปิด. ในทางตรงกันข้าม, การจัดเรียงช่องขนานอาจทำให้การกระจายความเร็วการไหลไม่สม่ำเสมอ, ส่งผลให้การสร้างสะพานทรายไม่ดีในช่องเปิดบางช่อง และทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมทรายลดลง.

3.5 ความหนาของไลเนอร์และวัสดุ

ความหนาของไลเนอร์และวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของโครงสร้างและอายุการใช้งานของไลเนอร์แบบมีรู.

3.5.1 อิทธิพลต่อความแข็งแรงของโครงสร้าง

การเพิ่มความหนาของไลเนอร์สามารถปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้างของไลเนอร์แบบมีรูได้อย่างมาก. เนื่องจากซับในที่หนากว่ามีพื้นที่รับน้ำหนักที่มีประสิทธิภาพมากกว่า, ซึ่งสามารถลดความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบช่องและปรับปรุงความต้านทานต่อแรงกดของชั้นหิน. ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดแสดงให้เห็นว่าเมื่อความหนาของไลเนอร์เพิ่มขึ้นจาก 4 มิลลิเมตร 8 มม., ความเค้นสูงสุดของแผ่นซับที่มีรูพรุนภายใต้ความดันชั้นหินเดียวกันจะลดลงประมาณ 40-50%. อย่างไรก็ตาม, ความหนาของไลเนอร์ที่มากเกินไปจะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้นและลดเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของไลเนอร์, ซึ่งส่งผลต่อความสามารถในการไหล. ดังนั้น, ควรเลือกความหนาของไลเนอร์อย่างสมเหตุสมผลตามแรงกดของชั้นและวัสดุไลเนอร์.

3.5.2 อิทธิพลต่ออายุการใช้งาน

วัสดุซับส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของซับแบบ slotted. ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, สแตนเลสมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน, จึงมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นในสภาพแวดล้อมน้ำบาดาลที่มีฤทธิ์กัดกร่อน. วัสดุ FRP มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและน้ำหนักเบา, แต่ความแข็งแรงเชิงกลต่ำกว่าเหล็ก, ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับชั้นหินอุ้มน้ำแรงดันต่ำเท่านั้น. ดังนั้น, ควรเลือกวัสดุซับตามคุณภาพน้ำใต้ดินและความดันการก่อตัว.

4. วิธีเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นซับแบบมีร่องสำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ

4.1 วัตถุประสงค์และข้อจำกัดในการเพิ่มประสิทธิภาพ

การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพของแผ่นซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำเป็นปัญหาการปรับให้เหมาะสมหลายวัตถุประสงค์, ซึ่งมุ่งสร้างสมดุลประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหล, และความแข็งแรงของโครงสร้าง. วัตถุประสงค์และข้อจำกัดในการเพิ่มประสิทธิภาพเฉพาะมีดังนี้:

4.1.1 วัตถุประสงค์ของการเพิ่มประสิทธิภาพ

(1) เพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมทรายให้สูงสุด: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซับแบบมีรูสามารถกักเก็บอนุภาคทรายที่ก่อตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ, และปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตได้น้อยกว่าขีดจำกัดที่อนุญาต (โดยปกติ 0.01-0.05%). (2) เพิ่มความสามารถในการไหลให้สูงสุด: ลดความต้านทานการไหลของซับแบบ slotted, และเพิ่มผลผลิตน้ำสูงสุดภายใต้ความแตกต่างของแรงดันเดียวกัน. (3) เพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างให้สูงสุด: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซับแบบ slotted สามารถทนต่อแรงกดของชั้นหิน และหลีกเลี่ยงการเสียรูปหรือการแตกหักของพลาสติกระหว่างการบริการ.

4.1.2 ข้อจำกัดในการเพิ่มประสิทธิภาพ

(1) ข้อจำกัดความกว้างของช่อง: ความกว้างของช่องควรอยู่ระหว่าง 1.5-2.5 คูณขนาดอนุภาคมัธยฐานของทรายก่อตัวเพื่อให้แน่ใจว่าผลการควบคุมทราย. (2) ข้อจำกัดความหนาแน่นของสล็อต: ความหนาแน่นของช่องไม่ควรเกินค่าสูงสุดที่อนุญาตซึ่งกำหนดโดยความแข็งแรงของโครงสร้างของซับ. (3) ข้อจำกัดความหนาของไลเนอร์: ความหนาของไลเนอร์ควรเพียงพอที่จะทนต่อแรงกดทับของชั้นหินได้, และความเค้นสูงสุดของซับไม่ควรเกินความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุ. (4) ข้อจำกัดด้านต้นทุน: ต้นทุนรวมของซับแบบ slotted (รวมถึงค่าวัสดุด้วย, ต้นทุนการผลิต, และค่าติดตั้ง) ควรอยู่ในงบประมาณ.

4.2 วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพข้อต่อแบบหลายปัจจัย

เพื่อให้บรรลุถึงการเพิ่มประสิทธิภาพหลายวัตถุประสงค์ของซับแบบ slotted, วิธีการหาค่าเหมาะที่สุดสำหรับการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยโดยอาศัยการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, การจำลองเชิงตัวเลข, และเสนอการทดลองทดลอง. ขั้นตอนเฉพาะมีดังนี้:

4.2.1 การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการเริ่มต้นพารามิเตอร์

อันดับแรก, ขึ้นอยู่กับการกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัว, กำหนดค่าเริ่มต้นของความกว้างของช่อง (1.5-2.5 คูณ d50). ตามความดันการก่อตัวและวัสดุซับ, กำหนดค่าเริ่มต้นของความหนาของไลเนอร์. ขึ้นอยู่กับความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง, กำหนดค่าเริ่มต้นของความหนาแน่นของช่อง. ในตอนแรกรูปร่างของช่องจะถูกเลือกเป็นช่องสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมน, และการจัดเรียงช่องจะถูกเลือกในตอนแรกเป็นการจัดเรียงแบบเซ.

4.2.2 การจำลองเชิงตัวเลขและการประเมินประสิทธิภาพ

สร้างโมเดลไฟไนต์เอลิเมนต์และโมเดล CFD ของซับแบบ slotted เพื่อจำลองและประเมินความแข็งแรงของโครงสร้างและประสิทธิภาพการไหล. (1) การจำลองความแข็งแรงของโครงสร้าง: ใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์ (เช่น ANSYS) เพื่อจำลองการกระจายความเค้นของซับแบบ slotted ภายใต้แรงกดดันของชั้นหิน, และตรวจสอบว่าความเค้นสูงสุดเกินกำลังครากของวัสดุหรือไม่. (2) การจำลองประสิทธิภาพการไหล: ใช้ซอฟต์แวร์ CFD (เช่น คล่องแคล่ว) เพื่อจำลองสนามการไหลรอบๆ ไลเนอร์แบบ slotted, คำนวณอัตราการไหลและแรงดันตกภายใต้สภาวะการไหลที่แตกต่างกัน, และประเมินความต้านทานการไหล. (3) การจำลองประสิทธิภาพการควบคุมทราย: ใช้วิธีการแยกองค์ประกอบ (เดม) เพื่อจำลองการเคลื่อนที่ของอนุภาคทรายใกล้กับซับแบบมีรู, และประเมินประสิทธิภาพการควบคุมทราย.

4.2.3 การทดสอบเชิงทดลองและการตรวจสอบแบบจำลอง

ผลิตตัวอย่างซับแบบ slotted ตามพารามิเตอร์การออกแบบเริ่มต้น, และดำเนินการทดสอบเชิงทดลองเพื่อตรวจสอบผลการจำลองเชิงตัวเลข. (1) การทดสอบประสิทธิภาพการควบคุมทราย: ใช้อุปกรณ์ทดสอบการควบคุมทรายเพื่อทดสอบปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตภายใต้สภาวะการไหลที่แตกต่างกัน, และตรวจสอบประสิทธิภาพการควบคุมทราย. (2) การทดสอบประสิทธิภาพการไหล: ใช้อุปกรณ์ทดสอบการไหลเพื่อทดสอบอัตราการไหลและแรงดันตกของตัวอย่างซับที่มีร่องภายใต้ความแตกต่างของแรงดันที่แตกต่างกัน, และตรวจสอบประสิทธิภาพการไหล. (3) การทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้าง: ใช้อุปกรณ์ทดสอบแรงดันเพื่อทดสอบแรงดันสูงสุดที่ตัวอย่างซับแบบ slotted สามารถทนได้, และตรวจสอบความแข็งแรงของโครงสร้าง.

4.2.4 การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์และการวนซ้ำ

เปรียบเทียบผลการจำลองและการทดลองกับวัตถุประสงค์การปรับให้เหมาะสม. หากไม่บรรลุวัตถุประสงค์, ปรับพารามิเตอร์การออกแบบ (เช่นความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, ความหนาของซับ) และทำซ้ำขั้นตอนการจำลองเชิงตัวเลขและการทดสอบเชิงทดลองจนกว่าจะบรรลุวัตถุประสงค์การปรับให้เหมาะสมที่สุด. กระบวนการปรับให้เหมาะสมสามารถช่วยได้โดยอัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสม (เช่น อัลกอริธึมทางพันธุกรรม, อัลกอริธึมการหาค่าเหมาะที่สุดสำหรับอนุภาค) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเพิ่มประสิทธิภาพ.

4.3 การสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับร่องสมุทร

ยกตัวอย่างซับเหล็กฉากเจาะรู Q355 ที่ใช้ในชั้นหินอุ้มน้ำทรายหลวม, มีการแนะนำการจัดตั้งแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์. พารามิเตอร์หลักของซับแบบ slotted มีดังนี้: เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 200 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 212 มม. (ความหนาของซับ 6 มม.), ความกว้างของช่อง 0.4 มม., ความยาวช่อง 50 มม., ความหนาแน่นของช่อง 20 ช่องต่อเมตร, รูปทรงช่องสี่เหลี่ยมมีมุมโค้งมน (รัศมีมุม 0.1 มม.), การจัดเรียงสล็อตเซ.

4.3.1 การสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิต

ใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS DesignModeler เพื่อสร้างโมเดลเรขาคณิต 3 มิติของไลเนอร์แบบ slotted. รุ่นนี้ประกอบด้วยตัวซับในและช่องต่างๆ. เพื่อให้โมเดลง่ายขึ้น, ช่องจะกระจายอย่างสม่ำเสมอบนผนังซับในลักษณะที่เซ. คุณสมบัติเล็กๆ น้อยๆ ที่มีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการกระจายความเครียด (เช่น เสี้ยนที่ขอบช่อง) ถูกละเลย.

4.3.2 การสร้างตาข่าย

ใช้ซอฟต์แวร์ ANSYS Meshing เพื่อสร้างเมชของโมเดลไฟไนต์เอลิเมนต์. พิจารณาความเข้มข้นของความเค้นที่ขอบช่อง, ตาข่ายใกล้ช่องได้รับการขัดเกลา. ประเภทตาข่ายเป็นองค์ประกอบจัตุรมุข, และขนาดตาข่ายใกล้ช่องคือ 0.5 มม., ในขณะที่ขนาดตาข่ายของตัวซับอยู่ที่ 2 มม.. หลังจากการสร้างตาข่าย, มีการตรวจสอบคุณภาพตาข่าย. อัตราส่วนภาพเฉลี่ยของตาข่ายคือ 1.6, ความเบ้โดยเฉลี่ยคือ 0.25, และค่าตั้งฉากเฉลี่ยคือ 0.75, ซึ่งล้วนเป็นไปตามข้อกำหนดของการคำนวณไฟไนต์เอลิเมนต์. จำนวนองค์ประกอบตาข่ายทั้งหมดคือ 1,250,000, และจำนวนโหนดทั้งหมดคือ 2,180,000.

4.3.3 การตั้งค่าพารามิเตอร์วัสดุ

วัสดุของซับแบบ slotted คือเหล็ก Q355, โดยมีความหนาแน่นของ 7850 กก./ลบ.ม, โมดูลัสยืดหยุ่นของ 206 เกรดเฉลี่ย, อัตราส่วนของปัวซอง 0.3, ความแข็งแรงของผลผลิตของ 355 MPA, และความต้านทานแรงดึงของ 470-630 MPA.

4.3.4 การตั้งค่าเงื่อนไขขอบเขต

แผ่นซับแบบมีรูจะต้องได้รับแรงกดจากภายนอกสม่ำเสมอ. ความดันก่อตัวถูกกำหนดไว้ที่ 5 MPA. ปลายทั้งสองด้านของไลเนอร์ได้รับการแก้ไขเพื่อจำลองสภาพการติดตั้งจริง. การกระจัดของโหนดสุดท้ายใน x, ย, และทิศทาง z ถูกจำกัดไว้ที่ศูนย์.

4.4 การวิเคราะห์การจำลองของ Slotted Liners

การใช้โมเดลไฟไนต์เอลิเมนต์ที่สร้างขึ้น, ความแข็งแรงของโครงสร้างและประสิทธิภาพการไหลของซับแบบ slotted จะถูกจำลองและวิเคราะห์.

4.4.1 การวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้าง

ผลการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างแสดงให้เห็นว่าความเค้นสูงสุดของซับแบบ slotted ภายใต้แรงกดดันในการก่อตัว 5 MPa คือ 286 MPA, ซึ่งอยู่ที่มุมโค้งมนของช่อง. ความเค้นสูงสุดน้อยกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของเหล็กกล้า Q355 (355 MPA), แสดงว่าแผ่นซับมีความแข็งแรงของโครงสร้างเพียงพอ. การกระจายความเค้นของตัวซับมีความสม่ำเสมอ, และความเครียดที่ตัวไลเนอร์ก็ประมาณนี้ 120-150 MPA, ซึ่งน้อยกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุมาก.

เพื่อตรวจสอบความเสถียรของโครงสร้างของซับแบบ slotted เพิ่มเติม, ทำการวิเคราะห์การโก่งงอ. ผลการวิเคราะห์การโก่งงอของค่าลักษณะเฉพาะแสดงให้เห็นว่าแรงดันการโก่งวิกฤตประการแรกของไลเนอร์แบบเจาะรูคือ 18 MPA, ซึ่งเป็น 3.6 คูณด้วยแรงกดดันในการก่อตัว (5 MPA), แสดงว่าแผ่นซับมีความมั่นคงทางโครงสร้างเพียงพอ.

4.4.2 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพการไหล

ใช้ซอฟต์แวร์ Fluent เพื่อสร้างโมเดล CFD ของไลเนอร์แบบ slotted. แบบจำลองนี้ประกอบด้วยแผ่นซับแบบมีรูและของเหลวที่อยู่รอบๆ (น้ำ). โดยมีการกำหนดเงื่อนไขขอบเขตดังนี้: ขอบเขตทางเข้าคือพื้นผิวด้านนอกของซับแบบมีรู, และแรงดันขาเข้าคือ 5 MPA; ขอบเขตทางออกคือพื้นผิวด้านในของซับแบบมีรู, และแรงดันทางออกคือ 0 MPA; พื้นผิวผนังของแผ่นซับแบบ slotted ถูกตั้งค่าเป็นขอบเขตกันลื่น.

ผลการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการไหลแสดงให้เห็นว่าความเร็วการไหลเฉลี่ยผ่านช่องคือ 1.2 M/S, และอัตราการไหลรวมของซับแบบ slotted คือ 120 m³/h. แรงดันตกของซับแบบ slotted คือ 0.8 MPA, ซึ่งอยู่ในช่วงที่อนุญาต. การกระจายความเร็วการไหลผ่านช่องต่างๆ มีความสม่ำเสมอ, และไม่มีกระแสน้ำวนที่ชัดเจน, แสดงว่าซับแบบ slotted มีประสิทธิภาพการไหลที่ดี.

4.4.3 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพการควบคุมทราย

ใช้วิธีการเชื่อมต่อ DEM-FLUENT เพื่อจำลองประสิทธิภาพการควบคุมทรายของไลเนอร์แบบมีรู. อนุภาคทรายถูกกำหนดให้เป็นอนุภาคทรงกลมที่มีความหนาแน่นเท่ากับ 2650 กก./ลบ.ม, และการกระจายขนาดอนุภาคคือ d10=0.1 มม, d50=0.2 มม, d60=0.3 มม (ลูกบาศ์ก=3). ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่ามีปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตได้ 0.02%, ซึ่งน้อยกว่าขีดจำกัดที่อนุญาตของ 0.05%, แสดงว่าซับแบบ slotted มีประสิทธิภาพในการควบคุมทรายที่ดี.

5. กรณีศึกษาทางวิศวกรรมของแผ่นซับแบบมีร่องที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ

5.1 ภาพรวมโครงการ

เพื่อตรวจสอบผลการใช้งานจริงของไลเนอร์แบบ slotted ที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพ, โครงการควบคุมทรายบ่อน้ำในชั้นหินอุ้มน้ำทางตอนเหนือของจีนได้รับเลือกเป็นตัวอย่าง. พื้นที่โครงการตั้งอยู่ในพื้นที่ราบซึ่งมีทรัพยากรน้ำบาดาลอุดมสมบูรณ์. ชั้นหินอุ้มน้ำเป็นชั้นหินอุ้มน้ำที่มีความหนาประมาณ 30-50 ม. การกระจายขนาดอนุภาคของทรายก่อตัวคือ d10=0.15 มม, d50=0.25 มม, d60=0.45 มม (ลูกบาศ์ก=3). แรงกดดันในการก่อตัวคือ 4 MPA, และน้ำบาดาลเป็นน้ำจืดไม่มีการกัดกร่อนอย่างเห็นได้ชัด.

บ่อน้ำในโครงการมีความลึก 80 m และเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของ 250 มม.. บ่อน้ำได้เปิดให้บริการมา 5 ปี, และการผลิตทรายที่รุนแรงได้เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา, ส่งผลให้เกิดการสึกกร่อนของปั๊มจุ่มและปริมาณน้ำที่ลดลงอย่างมาก (จาก 150 ลบ.ม./ชม. ถึง 80 m³/h). เพื่อแก้ไขปัญหาการผลิตทราย, มีการตัดสินใจที่จะใช้แผ่นซับแบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการเปลี่ยนแปลงการควบคุมทราย.

5.2 การออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพของแผ่นซับแบบ slotted สำหรับโครงการ

5.2.1 พารามิเตอร์การออกแบบเริ่มต้น

โดยอาศัยการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, พารามิเตอร์การออกแบบเริ่มต้นของซับแบบ slotted ถูกกำหนดดังนี้: วัสดุซับในเหล็ก Q355, ความหนาของซับ 6 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 200 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 212 มม., ความกว้างของช่อง 0.4 มม. (1.6 คูณ d50), ความยาวช่อง 50 มม., ความหนาแน่นของช่อง 20 ช่องต่อเมตร, รูปทรงช่องสี่เหลี่ยมมีมุมโค้งมน (รัศมีมุม 0.1 มม.), การจัดเรียงสล็อตเซ.

5.2.2 กระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพ

การใช้วิธีเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยที่เสนอในบทที่ 4, พารามิเตอร์การออกแบบเริ่มต้นได้รับการปรับให้เหมาะสม. อันดับแรก, แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์และแบบจำลอง CFD ของซับแบบ slotted ถูกสร้างขึ้นเพื่อจำลองความแข็งแรงของโครงสร้าง, ประสิทธิภาพการไหล, และประสิทธิภาพการควบคุมทราย. ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าความเค้นสูงสุดของไลเนอร์แบบมีร่องภายใต้แรงดันของชั้นคือ 265 MPA (น้อยกว่า 355 MPA), อัตราการไหลคือ 130 m³/h, และมีปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตได้ 0.03% (น้อยกว่า 0.05%). ผลการจำลองเป็นไปตามวัตถุประสงค์การปรับให้เหมาะสม, แต่อัตราการไหลสามารถปรับปรุงได้อีก.

เพื่อปรับปรุงอัตราการไหล, ความหนาแน่นของช่องเพิ่มขึ้นเป็น 25 ช่องต่อเมตร, และความกว้างของช่องก็เพิ่มขึ้นเป็น 0.45 มม.. ผลการจำลองหลังการปรับให้เหมาะสมแสดงให้เห็นว่าความเค้นสูงสุดของไลเนอร์แบบ slotted คือ 312 MPA (ยังน้อยกว่า 355 MPA), อัตราการไหลคือ 155 m³/h, และมีปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตได้ 0.04% (ยังน้อยกว่า 0.05%). บรรลุวัตถุประสงค์การปรับให้เหมาะสมโดยสมบูรณ์, ดังนั้นพารามิเตอร์การออกแบบขั้นสุดท้ายจึงถูกกำหนดดังนี้: วัสดุซับในเหล็ก Q355, ความหนาของซับ 6 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 200 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 212 มม., ความกว้างของช่อง 0.45 มม., ความยาวช่อง 50 มม., ความหนาแน่นของช่อง 25 ช่องต่อเมตร, รูปทรงช่องสี่เหลี่ยมมีมุมโค้งมน (รัศมีมุม 0.1 มม.), การจัดเรียงสล็อตเซ.

5.3 การติดตั้งและการสร้างไลเนอร์แบบมีร่องที่ปรับให้เหมาะสม

การติดตั้งและการสร้างซับแบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสมนั้นดำเนินการตามขั้นตอนต่อไปนี้:

(1) ทำความสะอาดอย่างดี: ใช้เครื่องมือทำความสะอาดบ่อเพื่อกำจัดทรายและตะกอนในหลุมเจาะเพื่อให้แน่ใจว่าการติดตั้งซับแบบมีรูเป็นไปอย่างราบรื่น.

(2) การผลิตไลเนอร์สำเร็จรูป: ซับแบบ slotted ถูกผลิตขึ้นสำเร็จรูปในโรงงานตามพารามิเตอร์การออกแบบขั้นสุดท้าย. การประมวลผลสล็อตใช้เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เพื่อให้แน่ใจว่าความกว้างของสล็อตมีความแม่นยำ (ข้อผิดพลาด ±0.02 มม) และความเรียบของขอบสล็อต.

(3) การขนส่งและการลดระดับของสายการบิน: แผ่นซับแบบ slotted สำเร็จรูปจะถูกส่งไปยังสถานที่ก่อสร้างและหย่อนลงในหลุมเจาะโดยใช้เครน. ในระหว่างกระบวนการลดระดับ, มีมาตรการป้องกันเพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันและความเสียหายต่อซับ.

(4) แก้ไขและปิดผนึก: ซับแบบมีรูได้รับการแก้ไขที่ตำแหน่งที่กำหนดในหลุมเจาะโดยใช้เครื่องรวมศูนย์, และปิดช่องว่างระหว่างซับกับหลุมเจาะด้วยซีเมนต์เพื่อป้องกันไม่ให้ทรายเข้าไปในหลุมเจาะจากช่องว่าง.

(5) การทดสอบความสมบูรณ์ของหลุม: หลังจากการติดตั้งเสร็จสิ้น, มีการทดสอบความสมบูรณ์ของหลุม, รวมถึงการทดสอบผลผลิตน้ำ, การทดสอบปริมาณทราย, และการทดสอบแรงดัน, เพื่อตรวจสอบผลการควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหลของซับแบบ slotted.

5.4 การประเมินผลกระทบของแอปพลิเคชัน

หลังจากเสร็จสิ้นการเปลี่ยนแปลงการควบคุมทราย, บ่อน้ำได้เปิดให้บริการแล้ว 1 ปี, และผลกระทบของการใช้งานจะได้รับการประเมินผ่านการตรวจสอบและทดสอบ ณ สถานที่ทำงาน.

5.4.1 การประเมินผลการควบคุมทราย

มีการทดสอบปริมาณทรายในน้ำที่ผลิตทุกเดือน. ผลการทดสอบพบว่ามีปริมาณทรายโดยเฉลี่ย 0.03%, ซึ่งน้อยกว่าขีดจำกัดที่อนุญาตของ 0.05%. ในช่วงระยะเวลาการให้บริการ 1 ปี, ไม่มีการสะสมทรายที่ชัดเจนในหลุมเจาะ, และปั๊มจุ่มทำงานได้ตามปกติไม่มีรอยถลอก. สิ่งนี้บ่งชี้ว่าไลเนอร์แบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสมมีผลในการควบคุมทรายที่ดี.

5.4.2 การประเมินประสิทธิภาพการไหล

มีการทดสอบผลผลิตน้ำของบ่อน้ำทุกไตรมาส. ผลการทดสอบพบว่าผลผลิตน้ำเฉลี่ยอยู่ที่ 152 m³/h, ซึ่งสูงกว่าปริมาณน้ำก่อนการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ (80 m³/h) และตรงตามข้อกำหนดการออกแบบของ 150 m³/h. มีการทดสอบแรงดันตกคร่อมของแผ่นซับแบบ slotted 0.7 MPA, ซึ่งอยู่ในช่วงที่อนุญาต. สิ่งนี้บ่งชี้ว่าซับแบบ slotted ที่ได้รับการปรับปรุงให้มีประสิทธิภาพการไหลที่ดี.

5.4.3 การประเมินผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

ประโยชน์ทางเศรษฐกิจของโครงการประเมินจากต้นทุนการเปลี่ยนแปลง, ค่าบำรุงรักษา, และผลผลิตน้ำเพิ่มขึ้น. ผลปรากฏว่า: (1) ต้นทุนการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของบ่อคือ 80,000 หยวน, รวมถึงต้นทุนของซับ slotted ที่ปรับให้เหมาะสม (50,000 หยวน) และค่าติดตั้ง (30,000 หยวน); (2) ก่อนการเปลี่ยนแปลง, ค่าบำรุงรักษาประจำปีของบ่อน้ำ (รวมถึงการเปลี่ยนปั๊มจุ่มและการทำความสะอาดบ่อน้ำ) เป็นเรื่องเกี่ยวกับ 40,000 หยวน. หลังจากการเปลี่ยนแปลง, ค่าบำรุงรักษารายปีลดลงเหลือ 5,000 หยวน, ประหยัด 35,000 หยวนเป็นค่าบำรุงรักษาต่อปี; (3) ผลผลิตน้ำเพิ่มขึ้นด้วย 72 ลบ.ม./ชม. หลังการเปลี่ยนแปลง. โดยอ้างอิงจากราคาน้ำประปาของ 2 หยวน/ลบ.ม. และเวลาดำเนินการประจำปีของ 300 วัน (7200 ชั่วโมง), รายได้ค่าน้ำเพิ่มเติมประจำปีคือ 72 × 7200 × 2 = 1,036,800 หยวน. การคำนวณที่ครอบคลุมแสดงให้เห็นว่าระยะเวลาการกู้คืนการลงทุนของโครงการเปลี่ยนแปลงการควบคุมทรายนั้นอยู่ที่ประมาณ 0.08 ปี (น้อยกว่า 1 เดือน), ซึ่งมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก.

นอกจากนี้, ซับในแบบ slotted ที่ปรับให้เหมาะสมมีความทนทานดี. ในช่วงระยะเวลาการให้บริการ 1 ปี, ไม่มีการกัดกร่อน, การเสียรูป, หรือพบความเสียหายของไลเนอร์, ซึ่งจะช่วยลดความถี่ในการบำรุงรักษาบ่อและปรับปรุงผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของโครงการต่อไป. การใช้แผ่นซับแบบ slotted ที่ประสบความสำเร็จในโครงการนี้ยังเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการเปลี่ยนแปลงการควบคุมทรายของบ่อน้ำที่คล้ายกันในภูมิภาค, ซึ่งมีมูลค่าส่งเสริมการขายที่แน่นอน.

6. บทสรุปและโอกาส

6.1 ข้อสรุปหลัก

บทความนี้มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของแผ่นซับแบบ slotted สำหรับการควบคุมทรายในบ่อน้ำ, และดำเนินการวิจัยเชิงลึกตามหลักทฤษฎี, พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ, วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพ, การจำลองเชิงตัวเลข, และการประยุกต์ใช้ทางวิศวกรรม. สรุปสาระสำคัญได้ดังนี้:

(1) ประสิทธิภาพการควบคุมทรายของไลเนอร์แบบ slotted ได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติของวัสดุไลเนอร์, กลไกการกักเก็บทราย (การกรองเชิงกล, การก่อตัวของสะพานทราย, การสะสมของอนุภาค), หลักความต้านทานการไหล (ความต้านทานแรงเสียดทาน, แนวต้านท้องถิ่นที่ช่อง, ความต้านทานการสะสมของทราย), และพารามิเตอร์การก่อตัว (การกระจายขนาดอนุภาคทราย, ความพรุนของชั้นหินอุ้มน้ำและการซึมผ่านของน้ำ, ความดันก่อตัว). ในหมู่พวกเขา, ขนาดอนุภาคมัธยฐานของทรายก่อตัวจะกำหนดช่วงความกว้างของช่องที่เหมาะสม, และความดันการก่อตัวเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเลือกวัสดุซับและความหนา.

(2) พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญของสมุทรแบบมีร่อง (ความกว้างของช่อง, ความหนาแน่นของช่อง, รูปร่างช่อง, การจัดเรียงสล็อต, ความหนาและวัสดุของซับ) มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการควบคุมทราย, ประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง. ช่องสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมนและการจัดเรียงแบบเซเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการปรับสมดุลเอฟเฟกต์การควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหล; ควรควบคุมความกว้างของช่องภายใน 1.5-2.5 คูณด้วยขนาดอนุภาคมัธยฐาน (d50) ของการก่อตัวทราย, และความหนาแน่นของช่องจะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยพิจารณาจากขีดจำกัดความแข็งแรงของโครงสร้างของวัสดุซับใน.

(3) วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพคัปปลิ้งแบบหลายปัจจัยที่ผสานรวมการวิเคราะห์ทางทฤษฎี, เสนอการจำลองเชิงตัวเลขและการทดสอบเชิงทดลอง. วิธีการนี้สามารถปรับสมดุลวัตถุประสงค์หลักสามประการของประสิทธิภาพการควบคุมทรายได้อย่างมีประสิทธิภาพ, ประสิทธิภาพการไหลและความแข็งแรงของโครงสร้าง. แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ที่สร้างโดย ANSYS และแบบจำลอง CFD ที่สร้างโดย Fluent สามารถจำลองการกระจายความเค้นของโครงสร้างและลักษณะสนามการไหลของร่องร่องได้อย่างแม่นยำ, ให้พื้นฐานทางเทคนิคที่เชื่อถือได้สำหรับการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม.

(4) การตรวจสอบกรณีทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าไลเนอร์แบบร่องที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งออกแบบโดยวิธีการที่เสนอนั้นให้ผลการใช้งานจริงที่ยอดเยี่ยม. หลังจากการเปลี่ยนแปลงของบ่อน้ำในชั้นหินอุ้มน้ำทรายร่วน, ปริมาณทรายเฉลี่ยในน้ำที่ผลิตคือ 0.03% (ต่ำกว่าขีดจำกัดที่อนุญาตของ 0.05%), ผลผลิตน้ำเพิ่มขึ้นจาก 80 ลบ.ม./ชม. ถึง 152 m³/h, และระยะเวลาคืนทุนน้อยกว่า 1 เดือน. มีประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สำคัญและมูลค่าส่งเสริมการขายสำหรับโครงการที่คล้ายคลึงกัน.

6.2 ข้อจำกัดด้านการวิจัย

แม้ว่าบทความนี้จะมีผลการวิจัยมาบ้างก็ตาม, ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ต้องปรับปรุงในการวิจัยในอนาคต:

(1) ขอบเขตการวิจัยมุ่งเน้นไปที่ชั้นหินอุ้มน้ำทรายหลวมและชั้นหินอุ้มน้ำกรวดเป็นหลัก, และการวิจัยความสามารถในการปรับตัวของแผ่นซับแบบ slotted ในชั้นหินอุ้มน้ำพิเศษ (เช่นชั้นหินอุ้มน้ำที่แตกหัก, ชั้นหินอุ้มน้ำ) ไม่เพียงพอ. กลไกการควบคุมทรายและข้อกำหนดพารามิเตอร์การออกแบบของแผ่นซับแบบ slotted ในชั้นหินอุ้มน้ำแบบพิเศษค่อนข้างแตกต่างจากข้อกำหนดในชั้นหินอุ้มน้ำแบบทรายหลวม, ซึ่งจะต้องมีการสำรวจเพิ่มเติม.

(2) การจำลองเชิงตัวเลขและการทดสอบเชิงทดลองในบทความนี้ดำเนินการภายใต้สภาวะการก่อตัวคงที่. ในทางวิศวกรรมจริงๆ, รูปแบบอาจมีการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิก (เช่นการตั้งถิ่นฐานการก่อตัว, ความผันผวนของระดับน้ำ), ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการบริการในระยะยาวและความเสถียรของโครงสร้างของซับแบบ slotted. ยังขาดงานวิจัยที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับความสามารถในการปรับตัวของแผ่นซับแบบ slotted ให้เหมาะสมกับสภาวะการก่อตัวแบบไดนามิก.

(3) วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อแบบหลายปัจจัยที่นำเสนอในบทความนี้อาศัยการวนซ้ำและการตรวจสอบด้วยตนเองในระดับหนึ่ง. การบูรณาการอัลกอริธึมการเพิ่มประสิทธิภาพอัจฉริยะ (เช่น อัลกอริธึมทางพันธุกรรม, การเพิ่มประสิทธิภาพฝูงอนุภาค) และแบบจำลองเชิงตัวเลขยังไม่เกิดขึ้นจริง, ส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพที่จำกัด.

6.3 แนวโน้มการวิจัยในอนาคต

เมื่อพิจารณาถึงข้อจำกัดด้านการวิจัยและความต้องการในการพัฒนาเทคโนโลยีการควบคุมทรายในบ่อน้ำ, โดยมีการนำเสนอแนวทางการวิจัยในอนาคตดังนี้:

(1) ขยายขอบเขตการวิจัยไปสู่ชั้นหินอุ้มน้ำพิเศษ. ดำเนินการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกการควบคุมทรายของแผ่นซับแบบ slotted ในชั้นหินอุ้มน้ำที่แตกหักและชั้นหินอุ้มน้ำคาร์สต์, สร้างแบบจำลองการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบเป้าหมาย, และปรับปรุงความสามารถในการปรับตัวของเทคโนโลยีการควบคุมทรายแบบ slotted liner ให้เข้ากับชั้นหินอุ้มน้ำประเภทต่างๆ.

(2) เสริมสร้างการวิจัยเกี่ยวกับสภาวะการก่อตัวแบบไดนามิก. ผ่านการจำลองทางกายภาพในร่มและการจำลองเชิงตัวเลข, จำลองการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของการก่อตัว (เช่นการตั้งถิ่นฐานการก่อตัว, ความผันผวนของระดับน้ำ), ศึกษาประสิทธิภาพการบริการระยะยาวและความเสถียรของโครงสร้างของซับแบบ slotted ภายใต้สภาวะไดนามิก, และเสนอกลยุทธ์การเสริมกำลังและการบำรุงรักษาที่สอดคล้องกัน.

(3) พัฒนาระบบการออกแบบอันชาญฉลาดสำหรับสมุทรแบบมีร่อง. บูรณาการอัลกอริธึมการเพิ่มประสิทธิภาพอัจฉริยะ, ซอฟต์แวร์จำลองเชิงตัวเลขและฐานข้อมูลทางวิศวกรรมเพื่อสร้างแพลตฟอร์มการออกแบบอัจฉริยะ. ตระหนักถึงการจับคู่อัตโนมัติและการเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์การออกแบบตามเงื่อนไขการก่อตัวและข้อกำหนดทางวิศวกรรม, และปรับปรุงประสิทธิภาพการออกแบบและความน่าเชื่อถือ.

(4) สำรวจวัสดุใหม่ๆ และโครงสร้างใหม่ๆ ของซับแบบ slotted. วิจัยและพัฒนาวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง (เช่น วัสดุคอมโพสิตเสริมคาร์บอนไฟเบอร์) มีความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลที่ดีขึ้น; สำรวจโครงสร้างสล็อตใหม่ (เช่นช่องที่มีความกว้างแปรผัน, ช่องโค้ง) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการควบคุมทรายและประสิทธิภาพการไหลให้ดียิ่งขึ้น.

(5) เสริมสร้างการตรวจสอบสถานที่และการสะสมข้อมูลในระยะยาว. ดำเนินการติดตามและตรวจสอบบ่อน้ำในระยะยาวโดยใช้แผ่นซับแบบมีรูที่ปรับให้เหมาะสม, รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณทราย, ผลผลิตน้ำ, สถานะสายการบินและตัวบ่งชี้อื่น ๆ, สร้างฐานข้อมูลประสิทธิภาพระยะยาว, และให้การสนับสนุนข้อมูลสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพและปรับปรุงเทคโนโลยีการออกแบบ slotted liner อย่างต่อเนื่อง.