در سالیان اخیر توجه به مسئله بهبود انتقال حرارت در علوم مهندسی و صنعت، با سرعت افزاینده‌ای در حال رشد است، به طوری که هم اکنون به بخش بسیار مهمی از تحقیقات تجربی و نظری تبدیل شده است. در حال حاضر مقالات منتشر شده مرتبط با بهبود انتقال حرارت در سیستم‌های حرارتی حدود %10 کل مقالات مرتبط با مبحث انتقال حرارت را شامل می‌شوند [1]. بهبود انتقال حرارت با استفاده از روش‌های مرسوم باعث صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه‌ها و منابع انرژی و حفظ محیط زیست شده است. برهم زدن زیر لایه آرام در لایه مرزی جریان مغشوش، ایجاد جریان ثانویه، اتصال دوباره سیال جداشده به سطح، ایجاد تأخیر در توسعه لایه مرزی، تقویت ضریب هدایت

 حرارتی مؤثر سیال، افزایش اختلاف دما بین سطح و سیال و افزایش نرخ جریان سیال به صورت غیرفعال از جمله مهم‌ترین مکانیزم‌هایی هستند که منجر به افزایش انتقال حرارت از طریق جریان سیال می‌شوند [2].

روش‌های تقویت انتقال حرارت بر اساس یک طبقه‌بندی مرسوم و پذیرفته شده به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می‌شوند [3]. روش‌های فعال به روش‌هایی گفته می‌شود که در آن بقای مکانیزم تقویت انتقال حرارت وابسته به وجود یک نیروی خارجی است. در حالی که در روش‌های غیرفعال نیازی به وجود چنین نیرویی نیست. جدول ‏1‑1 این طبقه‌بندی را به کل دقیق‌تر و با ذکر مهم‌ترین روش‌های موجود در هر دسته نمایش داده است.
استفاده از هر کدام از این روش‌ها به شرایط کاری موجود و نیازهای کاربر بستگی دارد. اما روش‌های فعال به دلیل استفاده دائمی از یک منبع توان معمولاً پرهزینه‌تر از روش‌های غیرفعال هستند. لذا روش‌های غیرفعال در زمینه‌های مختلف صنعت و تولید قدرت نقش پیشگام را دارند. مروری بر تاریخچه روش‌های غیرفعال نشان می‌دهد که فن‌آوری انتقال حرارت را می‌توان به سه نسل تقسیم کرد [4]. نسل اول بر کانال‌های ساده برای انتقال حرارت متمرکز بود. توسعه انتقال حرارت در نسل دوم به واسطه استفاده از تجهیزات و ابزار تقویت‌کننده دوبعدی که دارای ابعادی قابل‌مقایسه با ابعاد کانال بودند، ارتقا یافت. نسل سوم به واسطه استفاده از ابزار و تجهیزات سه‌بعدی (زبری‌های سه‌بعدی، برآمدگی‌ها و زائده‌ها) در مقیاس‌های ریزتر و حتی در حد میکرون زمینه بهبود انتقال حرارت را فراهم کرد.

1-2           روش‌های غیرفعال:
 برخی از مهم‌ترین روش‌های غیرفعال مرتبط با تحقیق حاضر که امروزه دامنه کاربرد بسیار وسیعی را به خود اختصاص داده‌اند، در زیر به صورت اختصار تشریح می‌شوند.
1-2-1  سطوح زبر
سطوح زبر در انواع و اشکال مختلف تولید می‌شوند. کاربرد عمده سطوح زبر عموماً در جریان‌های تک فازی است. در جریان مغشوش درون مجاری یک ناحیه با سرعت کم در مجاورت دیواره‌ها تشکیل می‌شود که به عنوان زیر لایه لزج شناخته می‌شود. ضخامت این لایه برای شرایط جریان مغشوش توسعه‌یافته حدود3 تا  5 درصد شعاع لوله است [4] . این ناحیه دارای بیش‌ترین مقاومت حرارتی است. بنابراین هر روشی که زیر لایه لزج را حذف کند سبب تقویت انتقال حرارت خواهد شد. برای کنترل ساختار این لایه در حال حاضر دو روش مختلف به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از این راه‌ها توسعه مناطق جدایش جریان نزدیک دیوار است که می‌توان با استفاده از یک چیدمان متناوب از مولد‌های گردابه (برآمدگی‌ها یا دندانه‌ها، سطوح مارپیچ، زبری و …) بر سر راه جریان آن را تأمین کرد. روش دیگر با تغییر شکل دادن سطح انتقال حرارت به شکل تورفتگی‌های سه‌بعدی (سوراخ، حفره) امکان‌پذیر است. البته وجود برخی زبری‌ها نظیر دندانه تا حد کمی باعث افزایش سطح انتقال حرارت نیز می‌شود که معمولاً تأثیر آن در مقایسه با تأثیر اغتشاش ناشی از دندانه‌ها بسیار ناچیز است. شکل ‏1‑1 الگوی جریان بعد از یک دندانه را نمایش می‌دهد.

. 60
4-2 نتایج مسئله دوبعدی.. 60
4-2-1 بررسی شبکه. 60
4-2-2 اعتبار سنجی نتایج.. 61
4-2-3 ارائه و تحلیل نتایج.. 63
4-2-4 بررسی تأثیر فاصله بین سیلندری در افزایش انتقال حرارت و ساختار جریان.. 99
4-3 نتایج مسئله سه بعدی.. 116
4-3-1 بررسی شبکه. 117
4-3-2 ارائه و تحلیل نتایج.. 118
4-3-3 تأثیر ارتفاع تولید کننده گردابه بر ساختار جریان و انتقال حرارت… 133
4-4 جمع بندی، نتیجه گیری و پیشنهادات… 141
منابع و مآخذ. 143
1 لایه مرزی
لایه مرزی هیدرودینامیکی (شکل 1-1)، ناحیه ای از جریان است که در آن، نیروهای تنش برشی، نیروهای به وجود آمده ناشی از حضور دیواره جامد می باشند یا ناحیه ای است که جریان اطراف متأثر از حضور دیواره می باشند. به عبارت دیگر، لایه مرزی هیدرودینامیکی ناحیه ای از جریان است که در آن سیال اصطکاک و درگ حاصل از حضور دیواره را حس می‌نماید. در این حالت، نزدیکترین مولکولها به دیواره ( که به دیواره چسبیده‌اند) به واسطه شرط عدم لغزش، نسبت به دیوار اصلاً حرکت نمی‌کنند. با فاصله گرفتن از دیواره، رفته رفته اثر دیواره بر روی جریان آنقدر کم می‌شود که دیگر جریان حضور دیواره را حس نمی‌کند، یا به عبارت دیگر اثر دیواره بر روی لایه های دور جریان از بین می‌رود. به این ناحیه به اندازه کافی دور از دیواره و غیر متأثر از دیواره اصطلاحاً ناحیه جریان آزاد گفته می‌شود.

 از نقطه نظر انتقال حرارت، لایه مرزی حرارتی (شکل1-2)، ناحیه‌ای است که در آن از نقطه نظر توزیع دما، جریان اطراف متأثر از حضور دیواره‌ای با دمای متفاوت از جریان است. تشکیل لایه مرزی حرارتی و لایه لایه شدن سیال باعث تشکیل عایق و تشکیل مقاومت در مقابل انتقال حرارت از دیواره به سیال می‌گردد. در لایه مرزی تشکیل شده در جریان های آشفته، به واسطه حرکات آشفته جریان، شکل منظم لایه‌های جریان مجاور دیواره از بین رفته و لذا لایه‌های ممانعت کننده میان دیواره و جریان آزاد به نوعی کنار رفته و انتقال حرارت بهتری در مقایسه با جریان‌های آرام صورت می‌گیرد.
شکل 1-1  لایه مرزی هیدرودینامیکی تشکیل شده بر روی صفحه تخت[1]
شکل 1-2  لایه مرزی حرارتی تشکیل شده بر روی صفحه تخت[1]
1-2 تبدیل جریان آرام به آشفته
برای رسیدن به جریان آشفته مخصوصاً بر روی سطوح جامد و در داخل کانال‌های باز و یا لوله‌ها، ابتدا جریان بایستی از حالت آرام وارد مرحله گذر از حالت آرام به آشفته و در نهایت وارد فاز جریان آشفته گردد. گاهی اوقات نیز ممکن است به واسطه عوامل مختلف خارجی، ناحیه گذرا کوچک شده و یا حتی ناپدید گردد که در این صورت تبدیل مستقیم جریان آرام به آشفته در طول یک مسیر کوتاه را شاهد خواهیم بود. به عنوان مثال، در لایه مرزی تشکیل شده بر روی سطوح غیر هموار و یا بر روی سطوح دارای انتقال جرم از طریق سطوح و یا در جریان‌های اختلاطی و یا در جریان‌های مافوق صوتی که اندرکنش شوک و لایه مرزی را داریم می‌توان حالاتی را مشاهده نمود که در آنها تبدیل جریان آرام به آشفته در طی یک فاصله بسیار کوتاه را شاهد باشیم.
گذر از حالت جریان آرام به آشفته در طی فرآیندی رخ می دهد که در آن هسته‌ها و نطفه‌های محلی آشفتگی آنقدر بر روی هم انباشته می‌شوند که تمام میدان جریان را پر می‌کنند. این فرآیند را می‌توان همانند آلودگی تدریجی یک جریان عبوری از روی یک سطح آلوده درنظرگرفت که در فواصل و زمان‌های کوتاه، بخش عمده‌ای از جریان پاکیزه و تنها بخش کوچکی از آن آلوده می‌باشد، اما چنانچه به این فرآیند فرصت و مکان کافی داده‌ شود و هیچ عامل از بین برنده آلودگی نیز وجود نداشته باشد، آنقدر آلودگی ها در جریان انباشته می‌شوند که تمام جریان آلوده گردد. به این فرآیند تدریجی انباشته شدن توده‌های محلی آشفتگی بر روی هم، فرآیند گذر از حالت جریان آرام به آشفته گفته می‌شود. برای گذر از حالت جریان آرام به آشفته، مسافت و زمان مشخصی نیاز است تا تمام جریان از هسته‌های آشفتگی اشباع گردد.
شکل 1-3  جریان آرام و تبدیل آن به جریانی آشفته در حین گذر از ناحیه گذرا[1]
چنانچه میزان آشفتگی موجود در جریان آزاد  بالا برود و یا آنکه زبری سطح افزایش یابد، می‌توان انتظار داشت که گذر از حالت آرام به آشفته در مسافتی کوتاهتر و به عبارت دیگر سریعتر رخ دهد و بالعکس. میزان آشفتگی موجود در جریان آزاد را می توان به صورت نطفه‌های آشفتگی موجود در جریان آزاد درنظرگرفت که چنانچه این نطفه‌ها در فضای مساعد برای رشد و نمو قرار‌گیرند، می‌توانند باعث آشفته‌شدن جریان گردند. اینکه این نطفه ها چطور به وجود آمده‌اند و یا از کدام منبع سرچشمه گرفته‌اند، مهم نمی‌باشد. در برخی دیگر از مسائل مهندسی، اثراتی همچون اثر گریز از مرکز، اثر تغییرات چگالی، اثر جاذبه زمین و اثرات کاویتاسیون، ترکیدن حباب، واکنش‌های شیمیایی، اثرات اغتشاشی میدان‌های الکترومغناطیسی و غیره نیز می‌توانند باعث تسریع جریان در رسیدن به حالت آشفته گردند. [1]
1-3 جدایی جریان                            
دو اثر بسیار مهم در جریان سیالات شامل اثرات اینرسی و لزجت است. میزان تأثیر متقابل این دو اثر با تعریف عدد بدون بعد رینولدز ارزیابی می‌گردد. این عدد به صورت نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای لزجت تعریف می‌شود:                                                                           (1-1)                                                    
بزرگ بودن عدد رینولدز به معنی حاکم بودن اثرات اینرسی و کوچک بودن آن به معنای غالب بودن اثرات لزجت است. لازم به ذکر است که مفهوم عدد رینولدز در رابطه با مرزها که بر جریان اثر می‌گذارند، یک کمیت موضعی است. به عبارت دیگر انتخاب‌های مختلف طول مشخصه L در محاسبه عدد رینولدز، منجر به مقادیر مختلفی برای این پارامتر خواهد شد. بنابراین جریان بر روی یک جسم ممکن است که محدوده وسیعی از اعداد رینولدز را شامل شود که بستگی به محلی دارد که مطالعه بر روی آن انجام می‌شود. بنابراین در بحث جریانی که از روی یک جسم عبور می‌کند، معمولاً طول مشخصه L به گونه‌ای انتخاب می‌شود که نمایانگر یک بعد کلی از جسم باشد.
اصولاً لزجت تمایل به متوقف کردن حرکت سیال دارد و در صورت نبود عاملی برای ادامه جریان، حرکت سیال به دلیل وجود لزجت به مرور کاهش پیدا کرده و نهایتاً متوقف می‌شود. عامل ادامه جریان در لایه مرزی گرادیان فشار است. گرادیان فشار منفی در جهت جریان عامل تقویت جریان است و باعث افزایش ممنتوم سیال می‌گردد، در این حالت ضخامت لایه مرزی تمایل به کاهش دارد اما اگر فشار در جهت جریان افزایش یابد (گرادیان فشار معکوس) ضخامت لایه مرزی به سرعت افزایش می‌یابد. در این حالت گرادیان فشار به شکل عاملی که با جریان مخالفت می‌کند عمل نموده و باعث کاهش ممنتوم سیال می‌گردد و به تدریج باعث متوقف شدن سیال روی مرز و حتی حرکت آن در خلاف جهت جریان می‌گردد. به این پدیده جدایی جریان می‌گویند. در نقطه جدایی جریان گرادیان سرعت برابر صفر بوده و خط جریان از مرز جدا می‌شود.
1-4 روش‌های افزایش انتقال حرارت
روش‌های افزایش انتقال حرارت تک فازی ممکن است به صورت کنش‌گر[2](فعال)، کنش‌پذیر[3](غیرفعال) و ترکیبی[4] دسته‌بندی شوند. روش‌های کنش‌گر به نیروی خارجی نیاز دارند، مانند میدان‌های الکترونیکی یا آکوستیک، تجهیزات مکانیکی یا ارتعاش سطح. در مقابل روش‌های کنش‌پذیر به نیروی خارجی نیاز ندارند و از یک هندسه سطح ویژه و یا سیال افزوده برای افزایش انتقال حرارت استفاده می‌کنند. روش‌هایی که هم زمان از بیشتر از یک روش برای افزایش انتقال حرارت استفاده می‌کنند، به عنوان روش‌های ترکیبی شناخته می‌شوند.
دو دسته بندی دیگر از روش‌های افزایش انتقال حرارت نیز وجود دارند که عبارتند از: افزایش انتقال حرارت با استفاده از جریان اصلی و جریان ثانویه. در روش جریان اصلی، مشخصات اصلی جریان با تغییرات هندسی، تغییرات فشار و با روش‌های دیگر تغییر می‌کنند. در روش جریان ثانویه ساختارهای جریان محلی به طور تعمدی وارد می‌شوند. جریان اصلی می‌تواند به صورت‌های کنش‌گر یا کنش‌پذیر تغییر کند. پره‌های موج‎دار یا کانال‌های شیاردار نمونه‌هایی از تغییر جریان اصلی به صورت کنش‌پذیر و جریان ضربانی[5] نمونه‌ای از تغییر جریان اصلی به صورت کنش‌گر است. جریان ثانویه نیز می‌تواند به صورت کنش‌گر یا کنش‌پذیر باشد. استفاده از برآمدگی سطح یک نمونه از جریان ثانویه کنش‌پذیر و نیز استفاده از الکتروهیدرودینامیک برای تولید گردباد نمونه‌ای از جریان ثانویه کنش‌گر است. تولید گردابه برای افزایش انتقال حرارت یک نمونه از روش جریان ثانویه است. گردابه تولید شده می‌تواند به صورت‌های کنش‌گر یا کنش‌پذیر موجب افزایش انتقال حرارت شود.[2]
1-5 گردابه
گردابه ها حالت خاصی از حرکت سیال هستند که ریشه در چرخش المان سیال دارند که در آنها جریان به دور یک مرکز می‌چرخد. سرعت چرخش جریان با دور شدن از مرکز گردابه کمتر می‌شود و در مرکز گردابه جریان دارای سرعت و نرخ چرخش بزرگتری است. در مرکز گردابه به دلیل سرعت بیشتر، فشار سیال کمترین مقدار خود را دارد و در حالت سه بعدی، هر گردابه دارای یک خط مرکزی است که ذرات سیال به دور آن می‌چرخند و چند گردابه موازی با جهت چرخش یکسان می‌توانند در هم ادغام شده و تشکیل گردابه‌های واحد نمایند. انرژی گردابه‌ها به دلیل اثرات لزجت تلف می‌گردد و پس از مدتی گردابه‌ها محو می‌گردند. این پدیده مهم نه تنها در جریان های برشی آرام و آشفته بلکه در جریان های ایده آل نیز دیده می‌شود و در تحلیل نیروها و فرآیندهای انتقال نقش اساسی دارد.
 به طور کلی دو نوع گردابه عرضی و طولی وجود دارد. محور گردابه عرضی عمود بر جهت جریان اصلی قرار می‌گیرد. مسیر گردابه کارمن پشت یک سیلندر نامحدود در جریان متقاطع  یک نمونه کلاسیک از سیستم گردابه عرضی است. گردابه های طولی دارای محورهایی موازی با جهت جریان اولیه هستند. جریان حول جهت جریان اصلی می‌پیچد و همیشه سه بعدی است. باله مثلثی با یک زاویه حمله می‌تواند نمونه کلاسیک تولید کننده گردابه طولی باشد.[3]
1-6 ریزش گردابه
گردابه‌ها از سطوح جلویی جریان جسم جریان‌بند شروع به تشکیل شدن می‌کنند و با رشد لایه‌های برشی، از جسم جدا شده و گردابه‌های بزرگی در جریان پایین دست تولید می‌کنند. قسمت داخلی لایه‌ برشی ایجاد شده روی جسم، با سرعت کمتری نسبت به لایه‌های خارجی که تحت تأثیر جریان آزاد قرار دارد، حرکت می‌کند. به همین علت لایه‌های برشی به شکل گردابه‌هایی درآمده و در جریان پخش می‌شوند. به این پدیده که شامل تولید گردابه‌ها و جدایش آنها از سطوح بالایی و پایینی اجسام و پخش آنها در جریان است ریزش گردابه[7] گویند. بررسی ناحیه گردابه‌ای پشت جسم برای اولین بار توسط استروهال[8] انجام گرفت. بر طبق تحقیقات وی، می‌توان پدیده ریزش گردابه را با عدد بدون بعدی به نام استروهال ارزیابی نمود:

در این تحلیل تنش‌ها و تغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در حلقه‌های حرارتی بررسی می‌شود و نتایج تحلیلی مورد نیازبرای بررسی عیوب فوق در خطوط لوله نفت بدست می‌آید و در نتیجه راهکارهای اصلاحی جهت کاهش خسارات ناشی ارائه می‌شود.همچنین ازنتایج این تحقیق می‌توان پی برد که در چه مواردی آنالیز تنش از اهمیت بیشتری برخوردار است (باتوجه به نوع سیال، دما، فشار، هندسه و جنس لوله)، علاوه بر آن در مواردی که نیاز به استفاده از انبساط خم می‌باشد محاسبات لازم جهت تعیین تنش‌ها و تغییرشکل ها و نیز تعیین نوع تکیه‌گاهها در قسمت مستقیم و قبل و بعد انبساط خم از نتایج تحقیق بدست می‌آید در مواردی که محدودیت استفاده از انبساط خم وجود دارد روش جایگزین بررسی خواهد شد در نهایت الگوریتم مناسبی بمنظور تعیین و یا عدم لزوم آنالیز تنش در سیستم لوله‌کشی و نیز انتخاب انبساط خم و تکیه‌گاهها ارائه می‌گردد. بمنظور یافتن راهکار اصلاحی تغییر شکل های ناخواسته شرایط فرضی متعددی تحلیل می‌شود با تغییر این شرایط به نتیجه دلخواه می‌توان رسید مثلا تغییر در تعداد تکیه‌گاه‌ها، تغییر نوع تکیه‌گاه‌ها، تغییر طول لگ‌ها و…بارهای اعمال شده را بارهای ناشی از وزن، فشار و بارهای نوسانی ناشی از باد، شیرتخلیه، زلزله در پروفیل های مختلف دمایی و تغییر در هندسه شکل حلقه‌ها تحلیل می‌شود.
واژه‌های کلیدی
ساپورت‌های لوله‌کشی ، لوپ حرارتی ، تنش‌های ناخواسته ، حرارت و فشار بالا ، اتصال قابل انبساط
 
1-1بیان مسأله
 هدف از این تحلیل بررسی تنش‌ها وتغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در حلقه‌های حرارتی و بدست آوردن نتایج تحلیلی مورد نیاز برای تغییر شکل های ناخواسته در خطوط لوله نفت است.
1-1-1 ضرورت انجام تحقیق
در این تحقیق سعی می‌شود با ارائه راهکارهای اصلاحی در جهت کاهش خسارات ناشی از تنش‌ها و تغییرشکل های ناخواسته ایجاد شده در

 حلقه‌های حرارتی بپردازیم. چرا که این خسارات جبران ناپذیرند.

بمنظور یافتن راهکار اصلاحی تغییر شکل های ناخواسته شرایط فرضی متعددی تحلیل می‌شود با تغییر این شرایط به نتیجه دلخواه می‌رسیم مثلا تغییر در تعداد تکیه‌گاه‌ها، تغییر نوع تکیه‌گاه‌ها ،تغییرطول لگ‌هاو…بارهای اعمال شده را بارهای ناشی ازوزن، فشار و بارهای نوسانی ناشی ازباد، شیرتخلیه، زلزله در پروفیل های مختلف دمایی و تغییر در هندسه شکل حلقه‌ها تحلیل می‌شود.
همچنین از نتایج این تحقیق می‌توان پی برد که در چه مواردی آنالیز تنش از اهمیت بیشتری برخوردار است(با توجه به نوع سیال، دما، فشار، هندسه و جنس لوله).
علاوه بر آن در مواردی که نیاز به استفاده از انبساط خم می‌باشد محاسبات لازم جهت تعیین تنش‌ها و تغییر شکل ها و نیز تعیین نوع تکیه‌گاه‌ها در قسمت مستقیم و قبل و بعد انبساط خم از نتایج تحقیق بدست می‌آید.
در مواردی که محدودیت استفاده از انبساط خم وجود دارد روش جایگزین بررسی خواهدشد در نهایت الگوریتم مناسبی بمنظور تعیین و یا عدم لزوم آنالیز تنش در سیستم لوله‌کشی و نیز انتخاب انبساط خم و تکیه‌گاه‌ها ارائه می‌گردد.
مسئله انبساط حرارتی ناخواسته در اکثر خطوط لوله، شرکت‌های مختلف نفتی، پالایشگاه‌ها، صنایع پتروشیمی و هر جا که لوله انتقال سیال تحت فشار و حرارت است رخ می‌دهد و همیشه یکی از معضلات جهانی در خطوط لوله انتقال سیال است.
از دلایل احتمالی بروز این مسئله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
طراحی نامناسب خطوط لوله
بکارگیری ساپورت‌ها به روش تجربی
قراردهی ساپورت‌ها در فواصل نامناسب و خارج از محدوده استاندارد
بی تجربگی نفرات عملیاتی و بالابردن و پایین آوردن سریع دمای سیال .
در گذشته اینطور برداشت می‌شد که برای جلوگیری از بروز این حرکات ناخواسته باید لوله را بشدت با ساپورت‌های مختلف مهار کرد به طوری که اصلا اجازه حرکت نداشته باشد.
اما به مرور متوجه شدند که اگرخطوط لوله بشدت و بدون هیچ درجات آزادی طراحی و ساخته شوند تنش پسماند ضربات مهلکی به این خطوط وارد می‌کند و خطرات این نوع ساپورتینگ کمتر از طراحی غلط نیست.
در ایران هنوز هم با این مسائل به روش تجربی برخورد می‌شود به طور نمونه اگر اتصال منبسط شونده‌ای در اثر تغییر ناگهانی دمای یا هر علت دیگری بشدت منبسط شود که ساختار آکاردئونی خود را از دست بدهد یک اتصال یا تجهیز دیگر خریداری می‌شود و بجای آن بسته می‌شود به جای آن که این مسئله ریشه‌ای واساسی حل شود.
اما نسبت به گذشته کشورمان ایران با وجود تحریم های ظالمانه پیشرفت خوبی داشته است و در ادامه با پیشرفت محاسبات ریاضی وت سلط طراحان مقداری از این مسائل حل شده است.
اما در کشورهای پیشرفته این معضلات با نرم افزارهای پیشرفته تحلیل تنش بارها طراحی و کارکرد آن ها در شرایط تقریبا طبیعی سیموله می‌شود اگر ایراداتی در طراحی باشد قبل از ساخت، بسیاری از آن‌ها حل می‌شود واز تحمیل هزینه‌های زیاد و خطرات جبران‌ناپذیر جلوگیری می‌شود.
1-1-2فرضیه‌ها
تغییر درجه حرارت، موجب تغییر طول خطوط لوله می‌شود که نیروهای محوری قابل ملاحظه‌ای ایجاد خواهد کرد، اگرمقاومت در برابر تغییر طول باشد ، تنش محوری بالایی در طول خطوط لوله ایجاد می‌کند معمولاَ مقاومت در برابر تغییر طول ناشی از نیروهای اصطکاکی بین خطوط لوله با زیرسازی ها و تثبیت‌کننده‌ها صورت می‌گیرد.وجود مقدار بالای تنش پسماند فشاری در طول خطوط لوله باعث انحراف و کمانش در لوله می‌شود.
1-1-3متغیرها
در ادامه بررسی وتحقیقات انجام شده روی این معضل به این نتیجه رسیدیم شاید اگر جای ساپورت‌ها عوض شود و یا اگر فواصلشان تغییر کند یا اگر اندازه لگ‌ها را تغییر دهیم اثرات مخرب انبساط حرارتی ناخواسته، کم یا حذف خواهد شد.
 1-2روش تحلیل
درستی این پیش فرض (تغییرجای ساپورت‌ها و فواصل و اندازه لگ‌ها) را با نرم افزار آباکوس تحلیل و تجربه کردیم که در ادامه نتایج آن به تحلیل آورده خواهد شد.
واضح است اندازه‌گیری سطح تنش در طول لوله،ابزار موثری از نظرنگهداری برای ارزیابی سیستم ایمنی خط لوله است.
درحقیقت ما تحلیل تنش می‌کنیم تا بررسی شود هیچگونه تغییرشکل غیرمجازی رخ ندهد و شکست چقرمه غیرممکن گردد.
دراینجا لازم است با تعاریف و مفاهیمی که در این پژوهش با آن‌ها سر و کار داریم وپیش فرض هایی که نموده‌ایم بطور اجمالی، آشنا شویم:
1-3 آنالیز تنش خطوط لوله
برای طراحی خطوط لوله باید بتوان تمام بارهای وارد بر سیستم لوله‌کشی را به درستی در نظر گرفت و سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که تحت کمترین تنش قرار گیرد تا طول عمر سیستم و کارایی آن افزایش یابد.  نرم افزار آباکوس و سزار[1] در زمان طراحی سیستم های لوله‌کشی با دماهای بالا کمک بسیار زیادی به مهندسان طراح می‌کند. این نرم افزارها با ترکیب و مد نظر قرار دادن بسیاری از محدودیت‌های مندرج در کدهای استاندارد، محدودیت‌های خود سیستم و محدودیت‌های تجهیزات اضافه و نصب شده در سیستم، آنالیز سیستم را آسانتر و مطمئن‌تر انجام خواهد داد. این نرم افزارها علاوه بر مدل سازی بارهای استاتیکی، همچنین توان مدل سازی بارهای دینامیکی و انبساطی را نیز خواهد داشت.
1-3-1هدف از تحلیل تنش خطوط لوله 

• طراحی مقدار تنش در لوله‌ها و اتصالات موجود در سیستم، پایین‌تر از مقادیر مجاز ارائه شده در کدهای استاندارد.
• طراحی بار وارد بر نازل تجهیزات(که به سیستم لوله‌کشی متصل است) پایین‌تر از مقادیر مجاز ارائه شده از سوی سازندگان و کدهای استاندارد.
• طراحی تنش ایجاد شده در نازل مخازن در محل اتصال به سیستم لوله‌کشی بر اساس مقادیر مجاز ارائه شده از سوی سازندگان و کدهای استاندارد.
• محاسبه و طراحی بار وارد بر تکیه‌گاه به منظور انتخاب نوع و سایز کردن‌ها.
•  تعیین جابجایی­های سیستم لوله‌کشی برای بررسی این مقادیر در نقاط اتصال به تجهیزات و سایر نقاط.
• بررسی مسائل دینامیکی موجود در سیستم لوله‌کشی.
• کمک به بهبود طراحی سیستم.

کد BS 7159 ، ضرایب انعطاف پذیری و تشدید تنش(k,i)  خم ها و سه‌راهی­ها[2] را محاسبه می‌کند تا آنها را در آنالیز انعطاف پذیری به کار برد.با استفاده از کد BS 7159 که در جدول پیوستی آمده است می‌توان اطلاعات انعطاف پذیری برای خم ها وسه‌راهی ها را بدست آورد.
1-4تقسیم بندی خطوط لوله 
از آنجایی که تمام خطوط یک پروژه، نیازمند آنالیز کامپیوتری نیستند، باید معیاری برای انتخاب خطوط لوله جهت تحلیل تنش ارائه داد. با توجه به طبقه‌بندی خطوط در مدرک piping stress Analysis specification ، وضعیت آن‌ها برای آنالیز، همین‌طور روش آنالیز در مورد آن‌ها مشخص خواهد شد. خطوط لوله بر اساس سه فاكتور مهم (دما، اتصال به تجهیزات و سایز لوله) به سه سطح غیر بحرانی، نیمه بحرانی و بحرانی تقسیم می شوند.

• خطوط غیربحرانی: (Grade A)

عمدتا خطوط لوله با دما و سایز پایین، در این دسته قرار می‌گیرند و آنالیز آن‌ها با نرم افزار و حتی دستی هم انجام نمی‌گیرد. مهمترین نیروی موجود در آن‌ها نیروی وزن است. در این خطوط از طریق آنالیز چشمی[3] می توان محل و نوع ساپورت‌ها را مشخص نمود. 

• خطوط نیمه بحرانی: (Grade B)

 خطوطی هستند كه نیاز به محاسبه نرم افزاری دارند ولی اهمیت آن‌ها از دسته سوم كمتر است. در این خطوط نوع و موقعیت ساپورت‌ها  تعیین شده و به گروه اجرای ساپورت ارائه می گردد و فقط  نوع ساپورت در نقاط مربوطه روی نقشه ایزومتریك مارك می شود و  در نهایت به بخش طراحی جهت ورود اطلاعات بازگردانده می شود. در این خطوط نیازی به دادن گزارش آنالیز تنش به كارفرما نمی باشد. 

• بحران جهانی انرژی و نقش انرژی باد

با افزایش روز افزون جمعیت جهان و کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، انرژی به مسئله ای مهم تر از قبل تبدیل شده است. مهم بودن نقش انرژی از آنجا پیدا است که در تمامی شئون زندگی انسان از خانواده تا اقتصاد و سیاست به عنوان واژه ای پرکاربرد خود نمایی می کند.
در ابتدای دهه هفتاد میلادی، با شروع بحران جهانی بهای نفت که به دلیل عدم توازن بین کشف، استخراج و تقاضای بازار بوجود آمده بود، نگاه ها را به سوی منابع جایگزین انرژی سوق داد. امریکا، دانمارک و آلمان از اولین کشور هایی بودند که برای مطالعه انرژی باد سرمایه

 گزاری کردند [1]. بر پایه داده های آماری انجمن جهانی انرژی باد، این تکنولوژی در سال 2009 در حدود 50 میلیارد یورو سود دهی داشته و بیش از 550000 نفر را در سراسر جهان به کار گماشته است [2]. شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی نصب شده در جهان در سال های مختلف را نمایش می دهد. همان گونه که از این نمودار مشخص است در دهه پیشین میلادی رشد میزان استفاده از انرژی باد با شیب بسیار زیاد در حال افزایش است.

شکل 1-1 ظرفیت کلی انرژی بادی نصب شده در جهان بر حسب گیگاوات [2]
امروزه با روشن شدن استفاده های بهینه تر از نفت، گاز و ذغال سنگ به خصوص در کشور های توسعه یافته و با نظر به افزایش حجم گازهای گل خانه ایی درون جو و مسئله گرمایش جهانی ، همچنین به دلیل کاهش آلودگی های زیست محیطی (شیمیایی و حرارتی) استفاده از انرژی های تجدید پذیر به دغدغه ایی برای کشور ها تبدیل شده است. جالب است که در سال های اخیر انرژی بادی بیشترین سهم پیشرفت را در میان سایر منابع انرژی های تجدید پذیر به خود اختصاص داده است [3]. در ایران نیز با توجه به افزایش جمعیت شهری و پیامد آن افزایش تقاضای انرژی استفاده از انرژی های تجدید پذیر به عنوان مولفه ای از توسعه پایدار نقشی حیاتی ایفا می کند [4]. توسعه پایدار به معنی توسعه به گونه ای است که علاوه بر پیشرفت نسل حاضر و برآورده سازی نیاز های فعلی جامعه( دیدگاه اجتماعی) و انسان(دیدگاه فردی)، توانایی و منابع نسل آینده را محدود نسازد [5]. بر این اساس مزایای استفاده از انرژی باد را به صورت خلاصه زیر می توان بیان کرد [6]:

• بدون صرف هیچ گونه هزینه ایی در دسترس است.
• هیچ گونه آلودگی زیست محیطی شیمیایی یا حرارتی ایجاد نمی کند.
• هزینه نگهداری توربین های بادی در سال های اخیر به تعادل بسیار خوبی نسبت به دیگر تجهیزات نیروگاهی رسیده است.
• قابلیت استفاده در مناطق دور از شبکه اصلی را داراست.

ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی منحصر به فردی که دارد منطقه ای مناسب برای استفاده از انرژی باد است. معلوم شده است که ایران هم در زمستان و هم در تابستان در معرض وزش بادهایی است که در زمستان از اقیانوس اطلس و از شمال شرقی یعنی، آسیای مرکزی و در تابستان از شمال غربی یعنی حدود ایسلند و اسکاندیناوی و نیز از جنوب یعنی اقیانوس هند می وزند [7]. شکل 1-2 و شکل 1-3 به ترتیب نشان دهنده میانگین سالانه انرژی و سرعت باد در ارتفاع 20 متری و 40 متری سطح زمین در مناطق مختلف ایران است [8].

امروزه مبحث پایداری شیب یکی از پارامترهای اصلی و تعیین­کننده در اقتصاد و ایمنی معادن روباز است. اختصاص یک شیب برای کل دیواره­های معدن در بیشتر معادن درست نیست چرا که دیواره­های معدن معمولاً از مصالح مختلف و با شرایط ساختاری متفاوتی تشکیل‌شده‌اند و بنابراین، باید طراحی شیب پس از تعیین پارامترهای ژئوتکنیکی، سنگ‌شناسی مختلف و مشخص­شدن محدوده­های ژئوتکنیکی تعیین شود.
مطالعات پایداری دیواره­های معادن، پس از وقوع چند ریزش، به طور جدی مورد توجه قرار گرفت. از جملۀ این موارد می­توان به ریزش دیوارۀ معدن چوکیکاماتا در کشور شیلی اشاره کرد. ارتفاع این دیواره در زمان ریزش ۲۸۴ متر و زاویۀ آن ۴۳ درجه بوده است. علت اصلی این ریزش، لرزش­های ناشی از زمین­لرزه تشخیص داده‌شده است. [1]
از طرف دیگر کسب حداکثر سود ممکن حاصل از استخراج مادۀ معدنی تحت شرایط ایمن یکی از اهداف اصلی معدن­کاری در طول تاریخ بوده است. اگر چه در ظاهر ایمنی و سود دو هدفی هستند در خلاف جهت یکدیگر (بدین معنی که با افزایش یکی، دیگری کاهش می­یابد) اما تجربه نشان داده که افزایش ایمنی تا یک حد قابل‌قبول در معادن باعث عدم وقوع حوادث ناگواری شده که این به نوبۀ خود به طور غیرمستقیم باعث افزایش سود قابل وصول برای معدن­کار می­شود؛ بنابراین یکی از جلوه‌های اثر متقابل ایمنی و سود، بحث پایداری شیب در معادن روباز است. افزایش شیب سرتاسری معادن روباز از یک طرف باعث کاهش نسبت باطله برداری و به تبع آن افزایش عایدی معدن شده و از طرف دیگر افزایش شیب، احتمال ناپایداری را در شیروانی افزایش می‌دهد. لذا در اولین مرحله از طراحی معدن باید مطالعات ژئوتکنیکی، زمین‌شناسی ساختمانی و زمین آب‌شناسی کاملی از معدن انجام پذیرد تا بر اساس این مطالعات و همچنین شناخت کافی از نوع

 ریزش احتمالی در بخش‌های مختلف معدن، در مرحله دوم حداکثر زاویة شیب ایمن برای معدن به دست آید. مسلماً در این مراحل تأثیر روش‌های مختلف پایدارسازی نظیر آبکشی روی زاویة شیب ایمن و همچنین هزینه‌های تحمیلی آن­ها به معدن­کار باید مورد بررسی دقیق قرار گیرد.

روش استخراج روباز یکی از روش‌های معدن­کاری با هزینۀ استخراج نسبتاً پایین است که در آن قابلیت مکانیزاسیون و مقدار تولید می‌تواند خیلی زیاد باشد. لذا استخراج کانی‌هایی با عیار خیلی کم که استخراج آن­ها با روش‌های زیرزمینی غیراقتصادی است، امکان‌پذیر است. در چند دهة اخیر عمق معادن روباز افزایش یافته و عمق‌های بیش­تر از 500 متر، دیگر غیرمعمول نیستند. از آنجایی که روش استخراج زیرزمینی هنوز پرهزینه‌تر از روش استخراج روباز است، استخراج یک چنین کانسارهایی با روش زیرزمینی و چشم‌پوشی از استخراج روباز در آینده غیر محتمل است. لذا انتظار می‌رود که عمق معادن روباز در آینده افزایش یابد، البته به شرط اینکه هزینة تولید کاهش و قیمت فلز ثابت بماند. یک پیچیدگی مهم که با افزایش عمق به ‌وجود می‌آید‏، خطر ناپایداری بزرگ‌مقیاس است. شکست بزرگ‌مقیاس به طور بالقوه در کل ارتفاع شیروانی و آن هم در محدودة نهایی معدن اتفاق می‌افتد. لذا پر شیب نگاه‌داشتن دیوارة معدن تا آنجا که ممکن است در کاهش نسبت باطله‌برداری که به نوبة خود با هزینة معدن­کاری رابطة تنگاتنگ دارد، بسیار حیاتی است. پس در این حالت طراحی محدودة نهایی فقط به توزیع عیار و هزینة تولید بستگی ندارد بلکه به مقاومت کلی توده‌سنگ و پایداری نیز وابسته است. در هر معدن باید پتانسیل ریزش، ارزیابی‌شده و آن را با طرح پیت نهایی هماهنگ ساخت.
برای یک معدن روباز چندین زاویۀ شیب وجود دارد. زاویة شیب دیوارة پله، زاویة دیوارة بین رمپی و زاویة دیوارة سرتاسری باید بر اساس ارزیابی پایداری در هر واحد به طور جداگانه تعیین شوند. به طور کلی ناپایداری‌های ایجادشده در پلۀ معادن روباز نسبتاً معمول است و تأثیر چندانی در طرح پیت ندارد. پله‌های منفرد و دیواره‌های بین رمپی در یک معدن روباز می‌توانند همزمان پایدار باشند درحالی‌که ممکن است دیوارة سرتاسری پایدار نباشد ]2[.
روش‌های پیشنهادی برای بررسی پایداری شیروانی‌ها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
الف- روش‌های مبتنی بر تعادل حدی.
ب- روش‌های مبتنی بر تحلیل عددی.
یکی از پرکاربردترین روش‌های تحلیل پایداری شیروانی‌ها روش تعادل حدی است. دلیل کاربرد وسیع این روش، سهولت فرضیات و سابقة ایجاد آن است. این روش برای اولین بار توسط کولمب در اواخر قرن هجدهم در مسائل مکانیک خاک به‌کاربرده شد. در این روش با فرض یک سطح لغزش اختیاری، صلب بودن بخش گسیخته شده و استفاده از معیار گسیختگی موهر- کولمب، ضریب اطمینان به صورت مقایسة مقاومت برشی موجود با مقاومت برشی مورد نیاز برای تعادل تعریف می‌گردد. در این روش هرگاه ضریب ایمنی بزرگ‌تر از 1 باشد، توده‌سنگ پایدار و اگر کوچک‌تر از 1 باشد، ناپایدار است. در حالتی که ضریب اطمینان برابر 1 باشد، حالت بحرانی یا حدی (آغاز گسیختگی) خواهد بود.
اگر سطح لغزش مشخص نباشد، سطوح مختلفی به عنوان سطح لغزش فرض می‌شوند و ضریب ایمنی آن­ها محاسبه می­شود. در نهایت سطحی که کمترین ضریب پایداری را دارا است، به عنوان محتمل‌ترین سطح لغزش در نظر گرفته خواهد شد.
باید توجه داشت که روش‌های مبتنی بر تعادل حدی هرچند به طور گسترده برای تحلیل مسائل پایداری شیب به کار می‌روند، اما چندین نقطه‌ضعف در این روش‌ها وجود دارد که مهم‌ترین آن، منظور نکردن رابطه تنش- کرنش مصالح در تحلیل‌ها است. همچنین به دلیل عدم رعایت قوانین مکانیک محیط‌های پیوسته، جایگاه پاسخ مسایل نسبت به جواب واقعی در این روش مشخص نیست [3]. از معایب دیگر این روش‌ها این است که این روش‌ها در نظر نمی‌گیرند که شیروانی آیا یک خاک‌ریز یا یک شیب طبیعی است یا یک شیروانی حفاری شده است و از اثرات نمو ساخت، تنش اولیه، رفتار تنش- کرنش و غیره صرف‌نظر می‌کنند و احتمالاً در این روش‌ها پایداری شیب به طور محتاطانه‌ای پیش‌بینی می‌شود [4].
یکی از دیگر از روش‌های بررسی پایداری شیروانی‌ها، شبیه‌سازی عددی است. استفاده از شبیه‌سازی عددی، به دلیل مزایای زیادی که دارد روزبه‌روز گسترش بیشتری پیدا کرده است. مبنای روش­های عددی، شبیه‌سازی معادلۀ حاکم بر رفتار پدیده و حل این معادله بر اساس داده‌های شرایط مرزی است. در نتیجه، دقت نتایج شبیه‌سازی به عواملی همچون درک مناسب معادله حاکم بر پدیده، انتخاب روش شبیه‌سازی متناسب با مشخصات معادله حاکم، دقت حل معادلات، دقت در تعریف شرایط مرزی و در نهایت میزان دقت و صحت شرایط مرزی بستگی دارد.
با پیشرفت رایانه‌های شخصی، روش‌های عددی به طور روزافزونی در تحلیل پایداری شیروانی‌ها استفاده می‌شود. مزایای روش‌های عددی مثل اجزای محدود، تفاضل محدود، اجزای مرزی و غیره برای تحلیل پایداری شیب نسبت به روش‌های متداول تعادل حدی به صورت زیر خلاصه می‌شود:

• در روش‌های عددی هیچ فرضی در مورد شکل یا محل سطح گسیختگی به کار نمی‌رود. گسیختگی به صورت طبیعی در آن قسمت از مصالح که مقاومت برشی قادر به تحمل تنش‌های برشی اعمال‌شده نیست، روی می‌دهد.
• در روش‌های عددی در مورد نیروهای بین باریکه‌ها و امتداد آنها فرضی در نظر گرفته نمی‌شود، چرا که اصولاً در این روش، باریکه مفهومی ندارد. روش اجزای محدود تا زمانی که گسیختگی روی دهد، تعادل کلی را حفظ می‌کند [5].
• روش‌های عددی می‌توانند به شیب‌هایی با شکل پیچیده و نهشته‌های خاکی در دو یا سه بعد برای مدل کردن واقعی تمام انواع مکانیسم‌ها اعمال شود.
• در روش‌های عددی مدل‌های عمومی‌ مصالح، شامل مدل موهر-کولمب و تعداد بی‌شماری مدل‌های دیگر می‌توانند به کار روند.
• در این روش‌ها تنش‌های تعادل، کرنش‌ها و مقاومت‌های برشی مربوطه به صورت صحیح محاسبه می‌شوند.
• در روش‌های عددی مکانیسم گسیختگی می‌تواند به صورت نامحدودی آزاد و عمومی باشد؛ یعنی فرض محدود­کنندة یک سطح گسیختگی دایره‌ای یا لگاریتمی ‌در این جا ضرورت ندارد.