إن الكابلات تحت سطح الشبكة العالمية، التي تنقل أكثر من 99 في المائة من حركة البيانات بين القارات وتتيح شبكة الإنترنت المغمورة والاتصالات في الوقت الحقيقي ونقل الطاقة عبر القارات، ويجب أن تتغلب هندستها على الضغوط الشديدة، والمياه الملحية، وتيار المحيطات الدينامي، كما أن الميكانيكيات السائلة - دراسة السلوك السوائل في إطار القوى - توفر الإطار النظري والعملي لتصميم الكابلات والوصلات الأساسية التي تنجو.

أساسيات ميكانيكيات سائلة ذات صلة بالبراميل الفرعية

وتشمل الميكانيكيات السائلة في سياق البحار الفرعية سلوك مياه البحر تحت أعماق وسرعة ونظم تدفق مختلفة، وتشمل المفاهيم الرئيسية درجات الضغط، وقوات السحب، والرفع، ورفوف الدوافع، والفصل بين التدفق، وكلها تؤثر مباشرة على أداء الكابلات والموصلات.

الضغط الهيدروكية وآثار الارتطام

(أ) يضاف كل 10 أمتار من عمق مياه البحر جو واحد (101.3 كيلوباسكال) من الضغط، حيث يتجاوز عمق الكوابل العابرة للمحيطات 300 بار، ويضغط هذا الضغط على مواد الكابلات ويؤثر على قابلية الوقوع في طبقات الحماية.

القوات الجوية والهيدرودينامية

A Ocean currents generate constant and oscillatory loads on cables. Deep — Deep —sea current current current current current current tiers at 0.1 - 0.5 m/s, while nearsurface current current current impacts can exceed 2 m/s. The drag force on a cable segment is given by FD[Froutin roughT:2]

التأشيرات المولدة من الفروتكس

وعندما تجتاز المياه كابل، يمكن أن تشكل العواطف المستحثة بالتناوب على كل جانب، وهي ظاهرة معروفة بـ " التلقيح الدوافع " ، وتتسبب في حدوث اضطراب في الكابلات لتهتز في وقت لاحق عند تردد المرفأ، وإذا كانت هذه الترددات مطابقة للتواتر الطبيعي للكابل، تحدث الارتداد، مما يؤدي إلى سرعة الإرهاق والفشل.

Reynolds Number and Flow Regimes

() The Reynolds number Re = DOD/ / / / / / / (with mic viscosity) determines whether flow around a cable is laminar or turbulent. For subsea cables, Re commonly ranges from 103 to turbulent flow.

تصميم القوارير وتحقيق الاستخدام الأمثل للهيدروديناميك

الكابلات المغمورة هي هياكل مطبقة: النحاس المركزي أو موصل الألمنيوم (للكهرباء أو الإشارة)، والعزل (بوليثيلين أو بوليبروبيلين)، والطبقة المغلقة للمياه، ودرعة سلك فولاذية، وغطاء حبل خارجي متعدد البرولين، وتتفاعل كل طبقة مع بيئة السوائل المحيطة.

خفض الدراجات وتدريملين

فالكابلات التقليدية لها تقاطع دائري؛ ويمكن أن تقلل مجموعات المرافعات أو المجارير من جرها بنسبة تصل إلى 80 في المائة في المناطق المرتفعة التسلسل، ويزيد من تعقيدها وإمكانية الوصول إليها، أما بالنسبة للكابلات التي تتعرض لتيارات المد ذات اتجاهين، فقد تم تكييف نماذج الحرق السطحي المتناظرة (مثل تلك المستخدمة في خطوط العزل) على نحو طفيف.

مراقبة الرحلات الجوية المحايدة

An untethered cable would either sink or float depending on its average density relative to seawater. For deep —sea cables, a slightly negative buoyancy is desired to maintain seabed contact without inducing excessive tensions. The net buoyancy is F[Fancy even:1]

مقاومـة المـدرع والمتـبـع

وتوفر طبقة الدروع )الأسلاك المائلة أو المزدوجة( الحماية الميكانيكية، ولكنها تزيد أيضاً من الوزن والسحب، كما أن نماذج التفاعل بين الهياكل الأساسية ذات النواقل الفلكية تقي ِّم أثر التدفق الحالي على لحظات الإقراض بالكابلات وترتدي في نقاط الارتداد، ومن النتائج النموذجية أن زيادة التدفق الميكانيكي في الكابلات التي تغطي في كثير من الأحيان ٢ إلى ٢ متراً/مترات يمكن أن ترفع معدل الارتفاع من الارتفاع.

Connector Design and Fluid Challenges

- موصلات مياه البحر - مبتلة )متصلة بالماء( وجافة )متصلة بالماء ثم نُشرت( - ختم ممتد ضد مجرى مياه البحر بينما توجد دورات ضغط ثابتة وتآكل الكهروكيميائي، وتُبلغ ميكانيكيات الذئاب كل جانب من جوانب إغلاق الموصلات وتعويض الضغط.

نظم النفط المدفوع بالضغوط المخففة

ويستخدم العديد من الموصلات في أعماق البحار تصميماً لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور: حجرة مجهزة بالنفط داخل الموصل مع حذاء مطاطي مرن أو غطس، ويضغط النفط قليلاً على مياه بحرية مائية مائية، بحيث يتتبع الضغط الداخلي الضغط الخارجي بالضبط، ويزيل الفرق بين الضغط والأختام، ويقلل بدرجة كبيرة من مخاطر التسرب، كما أن ميكانيكيات الوصلات النفطية العالية هي عوامل حرجة؛

مُديرة مُتبلّدة لقفل مُلوّغ

وتشتد المياه من الوجوه الموصلية أثناء الرضاعة الرطبة بسبب تدفق النفط أو الغاز المتدفق، وتتوقف كفاءة هذا التشريد على قياس وجه الموصل وسرعة السائل المتدفق، ويترك ضعف التصميم المائي محصورا، مما يؤدي إلى تآكل أو نقصان كهربائي، ويستخدم أرقاما لا تباع بعد (الرقم القياسي لتفكك الأنبوب، والضغط الناقص في مواهب الأفلام).

منع الكوروشوم وتدفق الفلوروكيميائي

وترتبط مياه البحر ارتباطاً وثيقاً، وتتسارع التدفق السوائل بفعل تجديد الأكسجين على سطح المعدن، ويحتاج معدل التآكل في الهواء إلى أعلى مستويات K() إلى قانون للطاقة الكهربائية: [(]K Un()

اعتبارات التركيب والصيانة

ويشمل تركيب كابل غواصة وضعه من سفينة فوق قاع البحار، وينظم الميكانيكيون الملوّقون ديناميات الكابل أثناء عملية وضع يسمى " المسارات القابلة للتحرك " التي تمثل تيارات وقوى موجات وتوترات.

أساليب اللعب والتوتر الديناميكي

ثلاثة أساليب رئيسية: S-lay (cable suspended in an S-of-curve from the ship to the seabed), J‐(vertical tension for deep water), and R‐towed for shore approaches) In S‐lay, the cable experiences strain from both ship motion and water drag. The governing equation is a linearized beam on a liquid-FLT:

الدفن والتدفق - التفاعل

وتحمي المواسير المدفونة من ١ إلى ٣ متر تحت قاع البحر من شباك الصيد ومعظم الآثار الحالية، غير أن عملية الدفن )التي تستخدم طائرة مياه عالية الكساد لتسلية الرواسب( تعتمد على ميكانيكيات السوائل لإزالة المواد التي تنبأ بها قاع البحر بكفاءة، كما أن سرعة الجسيمات، ومقياس الترميز، وحجم التربة يحدد بسرعة معدل التآكل.

المواد الدينامية للمتجدّدات البحرية

[FL] Floating wind turbines and wave energy converters require “dynamic cables” that move with the floating structure. These cables experience continuous cyclic bending and fatigue. Fluidميكانيكيs analysis of the cable’s equation: +1:F2]

دراسات الحالة

MAREA Cable: Hydrodynamic Routing in the Atlantic

وأظهرت كابل مارايا (المحيط الفيرجينيا إلى بلباو، 600 6 كيلومتر) المحيط الأطلسي حيث تصل خط الاستريام إلى سُرعة سطحية (Orse)(2) m/s.

مقابر البحر الشمالي

وفي مشروع القرن، كان ٦٦ كابلاً من الكيلومترات المتشابكة بين الكيلومترات تربط بين التربينات في أعماق المياه حتى ٦٠ متراً. كما أن الأقسام الدينامية، التي ارتفعت من قاع البحار إلى قاعات فرعية عائمة، تخضع لدورات المد والجزر )حتى ١,٥ متر/متر( والسرعات المدارية المستحثة على الموجات.

الاتجاهات المستقبلية

HVDC Subsea Cables and Fluid —Cooling

وتولد الكابلات التي تستخدم في نقل الطاقة السائبة (مثل نورند ونوردلينك) حرارة يجب تفريقها، بينما تحدد ميكانيكيات التكتل الطبيعي التي تدور حول الكابلات المدفونة درجة الحرارة (الدرجة المتوسطة) وتدمج نظم التكتل المائي الصغري الميكانيكية أو تستخدم مواد الترميز في الترميز بين الكبلات التي تستهلك في أعلى مستوى.

خطي البحر العميق وهادل

وتواجه المقادير في مزرعة ماريانا (التي تصل إلى عمق 11 كيلومترا) ضغوطا تتجاوز 100 1 بار، وتفشل العزلة التقليدية الصلبة بسبب الزاحف المضغوط؛ وتستخدم التصميمات الجديدة مواد حساسة تتصرّف كسلاويل على المدى الطويل، وتدرس الميكانيكيات السائلة ذات الصبغة العالية الكساد (الزيوت ذات القدرة العالية على التكهن) للحفاظ على سلامة الكبل الياباني.

رصد الذكاء باستخدام الاستشعار عن بعد

وقد تستخدم الكابلات المقبلة أجهزة استشعار للضغط الموزعة على أساس الفيلوم الضوئي لقياس التغيرات في الضغط الناجمة عن تيارات المحيطات أو التسونامي أو الأمواج السيزمية، وتسمح ميكانيكيات التدفق المتدفق للموجات في وسط المياه المحيطة بالكابل بالكشف عن هذه الإشارات على فترات تتراوح بين متر واحد وألف كيلومتر، مما يحول الكابل نفسه إلى صفيفة ضخمة من حيث علم المحيطات والإنذار بالمخاطر.

خاتمة

إن ميكانيكيي السائل المتدفقين يدعمون تصميم الكابلات والوصلات التي تعمل تحت سطح البحر، وتركيبها وتشغيلها، ومن المعادلات الأساسية للجر والضغط إلى المحاكاة المتقدمة ذات العناصر الزهيدة، والتشغيلات التي تحفز على إحداث موجات من التدفقات العلمية، والوصلات التي تتسم بالتوازن بين الضغط والضغط، توفر للمهندسين أدوات لإنشاء بنية أساسية تربط العالم ارتباطاً وثيقاً بالطاقة المتجددة، وقود البحثي

External Links]