-86935192115

4804342-349665

نشريه حفاظت منابع آب و خاك، سال دوم، شماره دوم، زمستان 1391

توزيع سرعت و آشفتگي جريان دوفازي آب و هوا در كانالهاي سيلابروي پلكاني
محمدرضا بهشتي1*، امير خسروجردي2، حسين صدقي3 و سيد محمود برقعي4

1*) دانشجوي دكتري سازه هاي آبي؛ گروه علوم و مهندسي آب؛ دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات؛ تهران ؛ ايران؛
[email protected] :نويسنده مسئول مكاتبات
استاديار و عضو هيئت علمي؛ گروه علوم و مهندسي آب؛ دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات؛ تهران؛ ايران
استاد و مدير گروه؛ گروه علوم و مهندسي آب؛ دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات؛ تهران؛ ايران
استاد و عضو هيئت علمي گروه مهندسي عمران؛ دانشگاه صنعتي شريف؛ تهران؛ ايران

تاريخ دريافت: 20/05/1391 تاريخ پذيرش: 30/09/1391

چكيده
حفاظت خاك در برابر فرسايش سيلابي براي بهره برداري بهينه از منابع آب و خاك بسيار ضروري است. يكي از روشهاي ساختماني موثر و كارآمد در تخليه سيلاب در مناطق پرشيب شهري، استفاده از كانالهاي سيلابروي پلكاني ميباشد. مشخصه عمده جريان عبوري از كانالهاي سيلابرو ي پلكاني، وجود تلاطم بسيار شديد و هوادهي سطحي زياد ميباشد كه در اغلب مطالعات صورت پذيرفته، خصوصيات آشفتگي و تلاطم جريان بطور كامل مورد بررسي و ارزيابي قرار نگرفته است. در اين تحقيق، جريان كاملاً متلاطم آبوهوا بر روي مدل فيزيكي نسبتاً بزرگ مقياس از سرريز پلكاني بصورت سيستماتيك مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. مطالعه آزمايشگاهي حاضر شامل اندازه گيري هاي مربوط به ويژگي هاي جريان آب- هوا در رژيم هاي مختلف جريان بر روي مدل تنداب پلكاني(متر 10/0 = l ، متر 04/0= h ،◦8/21 =θ)، بر روي موقعيت آستانه شروع هوادهي طبيعي جريان، پروفيل هاي سرعت و نيز شدت آشفتگي جريان مي باشد. براي انجام اندازه گيري هاي مربوط به تعيين پروفيل سرعت و پارامتر شدت آشفتگي در امتداد جريان دوفازي عبوري از سرريز، از دستگاه كاوشگر الكتريكي دو سوزنه كه توسط نويسندگان، طراحي، توسعه و واسنجي شده است، استفاده گرديد. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه مشخصه هاي تلاطم در نواحي مختلف از عمق جريان بر روي پلهها متفاوت ميباشند. بطور كلي، نتايج نشان داد كه 1 – پارامتر شدت تلاطم در مجاورت كف پله و در زير لايه لزج بسرعت افزايش يافته و در محدوده ناحيه مياني(5/0 ≤ y/dc ≤4/0) به حداكثر مقدار خود مي رسد و سپس در ناحيه فوقاني از عمق جريان بتدريج كاهش مييابد 2 -توزيع قائم سرعت در جهت جريان از قانون تواني پيروي ميكند و در مجاورت سطح آزاد جريان به بيشينه مقدار خود خواهد رسيد 3- تشديد تلاطم در ناحيه مياني از عمق جريان ناشي از تغيير شكل ها و اصلاحات پيوسته در ساختار سطحي جريان آب- هوا ميباشد.
واژه هاي كليدي: آستانه شروع هوادهي؛ شدت آشفتگي جريان؛ كانال سيلابرو پلكاني؛ كاوشگر الكتريكي

مقدمه
67884658881515

سال
دوم
/

شماره
2

سال

دوم

/

شماره

2

روش هاي حفاظت از خاك در برابر فرسايش هاي احتمالي ناشي از وقوع پديده سيلاب بطور كلي مشتمل بر روش هاي ساختماني و مديريتي مي باشند و در هر مورد دربرگيرنده حوزه آبريز(برون شهري) و يا اراضي سطح شهر (درون شهري) هستند (6002 Amador et al.,). يكي از اين روش هاي ساختماني مهم و تأثيرگذار، مقابله با سيلاب در سطح حوزه استفاده از سيلابروهاي1 كمكي است كه در مناطق پرشيب شهري اغلب بصورت پلكاني احداث ميگردند (Boes and Hager, 2003b). شكل پلكاني اينگونه كانال ها بدليل ايجاد زبريهاي بزرگ مقياس در مسير جريان، در استهلاك انرژي جنبشي و مخرب سيلاب و انتقال ايمن آن نقش بسزايي دارد. يكي از پديدههاي هيدروليكي حائز اهميت كه در ارتباط با كانالهاي سيلابرو پلكاني همواره مطرح بوده و اغلب نيز در طراحي اين سازهها مورد توجه قرار نگرفته است، اندركنش هاي بين جريان آب عبوري و جريان هوا مي باشد كه منجر به اختلاط شديد آب و هوا و ايجاد پيچيدگي هاي زياد در تحليل هيدروليكي اين نوع جريان دوفازي مي گردد (Zare and Doering 2004). ارزيابي مشخصههاي جريان آب- هوا بدليل ورود مقادير زيادي هوا در بالادست اينگونه كانالها با دبي واحد عرض متوسط، از اهميت ويژهاي برخوردار مي باشد. مطالعات متعددي بر روي جريان عبوري از كانال هاي پلكاني با روش هاي مختلف طي چهل سال گذشته انجام شده است كه از آن جمله مي توان به تحقيقات و مطالعات افرادي نظيرSorensen (1985)، Peyras و همكاران (1992)، Christodoulou (1993)، Chamani و Wongwises ،(1999)Rajaratnam و Felder ،(2006)Chinnarasi و a) Chanson2009)، Pinheiro Felder و b) Chanson2009) و Relvas
(1102)و… اشاره نمود. تنها در تعداد محدودي از مقالات منتشر شده، به جريان كاملاً متلاطم با هوادهي سطحي قوي در تندابهاي پلكاني اشاره شده است (Chanson , 2003 &Toombes, 2002, Yasuda Chanson). بطور معمول در كانالهاي بزرگ شيبدار، سرعت جريان در عمل بيش از 5 تا 10 متر بر ثانيه و عدد رينولدز جريان در محدوده 107 تا 109 مي باشند و هوادهي سطحي نيز تقريباً

-1 Floodway
در اغلب اوقات بر روي اين سازه ها مشاهده مي گردد
(Chachereau and Cha Chanson, 2010). بدليل وجود معادلات و پارامترهاي متعدد حاكم بر چنين جريان هاي با سرعت و هوادهي بالا، امكان تحليل عددي آنها بطور كامل ميسر نبوده و در اكثر موارد براي حل بسياري از مسائل مرتبط با هيدروليك اينگونه جريان ها ناگزير به استفاده از فرضيات و ساده سازي هايي مي باشيم كه باعث مي شود نتايج بدست آمده با واقعيت اختلاف داشته باشند(Meireles
.(and Matos, 2009
از اين رو، دانش كنوني براي بررسي مسائل و مشكلات پيش روي اين قبيل سازه هاي هيدروليكي، متكي بر انجام مدلسازي فيزيكي و اندازهگيري هايي در مقياس آزمايشگاهي مي باشد كه اطلاعات كامل و جزئيات لازم را در اختيار قرار خواهد داد (Pfister and Hager, 2010). سيستم دقيق اندازه گيري پارامترهاي جريان دوفازي آب- هوا به دليل پيچيدگي هاي موجود محدود به عملكرد دستگاه هايي خاص نظير كاوشگرهاي فيلم داغ2، ليزر داپلر3، كاوشگرهاي الكتريكي4 و نوري مي باشند (Toombes and Chanson, 2005). با توجه به مرورهاي انجام شده در منابع و مراجع متعدد، اندازهگيري متغير سرعت جريان مخلوط آب وهوا شامل مولفه طولي(در جهت جريان) اين پارامتر مي باشد كه به موازات شيب متوسط انجام مي گردد. در حال حاضر، كاوشگر نوري دو حسگره و كاوشگر الكتريكي از موثرترين و كارآمدترين تجهيزات اندازه گيري سرعت جريان دوفازي آب و هوا مي باشند. در واقع، كاربرد ابزاري نظير لوله پيتو5 براي سرعت سنجي جريان محدود به جريان هاي با هوادهي بسيار پايين (غلظت هواي كمتر از7 درصد) مي باشند و در غلظت هاي هواي بالا بدليل ورود حبابهاي هوا به درون حفرهاي موجود در بدنه

-Hot Film
-Laser Doppler Anemometer
-Conductivity Probe
-Pitut Tube
3739498406791

سال
دوم
/

شماره
2
/

سال

دوم

/

شماره



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید