-26106-494

5701086-442454

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال سوم، شماره سوم، بهار 1393

بررسی اثر فاصله بلوك هاي کف از دریچه بر طول پرش هیدرولیکی و استهلاك انرژي

میر محمود ولی نیا1، سید علی ایوب زاده2* و مهدي یاسی3

دانش آموخته کارشناسی ارشد؛ گروه سازه هاي آبی؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ ایران
دانشیار گروه مهندسی آب؛ دانشگاه تربیت مدرس؛ تهران؛ ایران
[email protected] :نویسنده مسئول مکاتبات*
دانشیار گروه مهندسی آب؛ دانشگاه ارومیه؛ ارومیه؛ ایران

2433629-2246

تاریخ دریافت:12/11/1392 تاریخ پذیرش: 17/03/1393
چکیده
براي بررسی اثر فاصله بلوك هاي کف بر مشخصات پرش هیدرولیکی، پژوهش حاضر در قالب مطالعه آزمایشگاهی انجام شد. تعداد 36 آزمایش در محدودة تغییرات عدد فرود، عمق پایاب نسبی و فاصله بلوك هاي کف از دریچه انجام گرفت. تحلیل ابعادي براي تفسیر نتایج و مطالعه تأثیر هر یک از پارامتر هاي موثر مورد استفاده صورت گرفت. نتایج نشان داد فاصله بلوك هاي کف از دریچه، اثر ناچیزي بر استهلاك انرژي نسبی دارد. افزایش عدد فرود از 4/6 تا 8، تنها منجر به افزایش 8 درصد استهلاك انرژي نسبی ناشی از پرش هیدرولیکی شد. لیکن با افزایش عمق پایاب از 26/5 تا 36/7، استهلاك انرژي نسبی 34 درصد افزایش یافت. نتایج راندمان استهلاك انرژي نشان داد که افزایش فاصله بلوك، اثري ناچیز بر راندمان استهلاك انرژي دارد. همچنین با افزایش عدد فرود و همچنین کاهش عمق پایاب نسبی مقدار راندمان استهلاك انرژي کاهش می یابد. نتایج همچنین نشان داد که افزایش فاصله بلوك هاي کف از 18/0 به 36/0، تأثیر قابل ملاحظه اي بر طول نسبی پرش هیدرولیکی دارد به گونه اي که این طول به طور میانگین حدود 115 درصد افزایش می یابد.
کلید واژه ها: استهلاك انرژي؛ بلوك هاي کف؛ دریچه کشویی؛ طول پرش

مقدمه
پرش یا جهش هیدرولیکی، از جریان هاي متغیر سریع بوده که در آن جریان از فوق بحرانی به زیر بحرانی تغییر یافته و عمق جریان در بازه نسبتا کوتاهی به میزان قابل ملاحظه اي افزایش می یابد نتیجه چنین فرآیندي، ایجاد افت انرژي و کاهش قابل ملاحظه اي در میزان سرعت جریان است. بلوك هاي کف، سازه هایی هستند که در قسمت میانی حوضچه نصب گردیده و هدف از بکارگیري آنها، اتلاف انرژي به صورت متمرکز و یک جا می باشد (1984Peterka, ؛ امیدواري نیا و موسوي ،1391).
در ادبیات موضوع، تحقیقات متعددي به تأثیر عوامل مختلفی بر مشخصات پرش هیدرولیکی بر روي شیب معکوس پرداخته شده است [((1942(Okada ،Stevens,
69287138464347

سال

سوم
/
شماره

3
/

سال

سوم

/

شماره

3

/

(1955(Abrishami and Saneie, 1994) ،and Aki, ، 2003(Basines and Whitehead, )]. هوگز و فلاك (1984) اثر زبري بستر را روي پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار دادند. مشاهدات ایشان نشان می دهد که زبري بستر موجب کاهش عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی می شود. نسبت عمق ثانویه پرش به عمق فوق بحرانی پرش بر روي بستر موج دار به طور قابل ملاحظه اي نسبت به بستر صاف کاهش می یابد (Ead and Rajaratnam,
2002). عمق ثانویه مورد نیاز پرش بر روي بستر موجدار
20 درصد کوچکتر از بستر صاف می باشد و همچنین استهلاك انرژي نسبی در بستر موجدار نسبت به بستر صاف بیشتر است( 2008 Abbaspour et al.,؛ آریان فر و همکاران ،1392). عبدالحلیم و همکاران( 2012) نشان دادند که بستر موجدار مثلثی نسبت به بستر هاي موجدار نیم دایره اي و ذوزتقه اي عملکرد بهتري در افزایش استهلاك انرژي و کاهش طول پرش دارد. دیواره ها و یا بلوك هاي مانع در بعضی از مواقع جهت افزایش راندمان استهلاك انرژي و تثبیت پرش مورد استفاده قرار می گیرد (1992Hager ). افراد زیادي در خصوص پرش مستغرق مطالعه نموده اند اما وو و راجاراتنام( 1995) براي اولین پرش هیدرولیکی مستغرق همراه با دیواره ي مانع مورد مطالعه قرار دادند و مشاهده نمودند که جریان به دو رژیم جت انحرافی سطحی (DSJ) و جت دیواره اي بازگشتی (RWJ) طبقه بندي می شود. اونیشکو و همکاران( 2002) با استفاده از تکنیک PIV میدان جریان در رژیم جریان DSJ مورد مطالعه قرار دادند و مشاهده نمودند که دو گردابه در بالادست و پایین دست مسیر جت تشکیل می شود. راندمان استهلاك انرژي در پرش در ابتدا با افزایش فاکتور استغراق که عبارت است از نسبت اختلاف عمق پایاب و عمق مزدوج پرش هیدرولیکی به عمق مزدوج پرش هیدرولیکی کلاسیک، افزایش یافته تا به یک مقدار ماکزیمم برسد، سپس به صورت آرام کاهش می یابد (2011 Habibzadeh et al.,). تغییر ارتفاع، عرض ،موقعیت و تعداد ردیف هاي بلوك هاي کف در راندمان استهلاك انرژي ناچیز است و تأثیر زیادي بر میدان جریان دارد( 2012 Habibzadeh et al,). در تحقیق حاضر هدف بررسی اثر فاصله بلوك هاي بلوك هاي کف روي برخی از مشخصات پرش هیدرولیکی شامل طول پرش و استهلاك انرژي، در شرایط مختلف عدد فرود و عمق پایاب نسبی انجام شده است. در بخش استهلاك انرژي هدف مقایسه نتایج تحقیقات (جبیب زاده و همکاران( 2011)) و مشاهده نتایج در محدوده هاي مختلف عدد فرود و عمق پایاب نسبی می باشد.
مواد و روش ها
آزمایشات مربوط به این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی سازه هاي آبی دانشگاه تربیت مدرس صورت گرفت. فلوم مورد استفاده داراي عرض 95 سانتی متر، ارتفاع 1 متر، طول 12 متربوده است .دیواره ي سمت راست فلوم از پلگسی گلاس بنظور ایجاد امکان مشاهده جریان و دیواره سمت چپ و کف فلوم از جنس بتن بوده است. جهت پمپاژ آب داخل فلوم از یک الکتروپمپ از نوع 200-125ساخت شرکت پمپ ایران استفاده شد. بنظور تنظیم دبی جریان از کوپل یک سامانه ایجاد دور متغیر بر الکتروموتور پمپ استفاده گردید .
جهت اندازه گیري دبی جریان، از سرریز لبه تیز موجود در انتهاي فلوم استفاده شد. تنظیم عمق پایاب با استفاده از سرریز لولایی صورت گرفت. عمق آب روي حوضچه آرامش، پایین دست دریچه کشویی نیز با استفاده از یک ارتفاع سنج نقطه اي( Point gauge) با دقت 1/0 میلیمتر اندازه گیري شد. جهت ایجاد پرش هیدرولیکی، دریچه کشویی از صفحه پلکسی گلاس به ارتفاع 75 سانتی متر و عرضی برابر با عرض فلوم در 4 متري ابتداي فلوم ایجاد شد، براي متناسب بودن عرض فلوم با طول پایین دست دریچه، عرض فلوم با استفاده از بلوك هاي یونولیتی، به 62 سانتی متر کاهش یافت و سطح بیرونی با شیشه سکوریت پوشانده شد .آزمایشات در دو بخش: (1) آزمایشات مربوط به پرش هیدرولیکی؛ و( 2): آزمایشات مربوط به آبشستگی انجام شد. در بخش مربوط به پرش هیدرولیکی، بستر متحرك پایین دست حوضچه آرامش صلب شده و آزمایشات مربوط صورت گرفت.

f ( ,U ,g, ,w,y ,y ,h ,x ,x1  1 1 tbb1b2,w ,e ,L,L ,E ,E ,L )bbb1Lj  0 (1)

1170432-1283552

شکل 1. الف) سرریز لولایی جهت تنظیم عمق پایاب ب) سرریز لبه تیز جهت اندازه گیري دبی

1075944-2207196

شکل 2. شماتیکی از حوضچه آرامش و بستر صلب پایین دست حوضچه آرامش

شکل2 شماتیکی از مدل دریچه و حوضچه آرامش پایین دست آن را بهمراه بلوك هاي کف که با استفاده از استاندارد Peterka, 1984) USBR) طراحی شده اند را نشان می دهد. مشخصات حوضچه آرامش و بلوك هاي کف عبارت است از طول حوضچه آرامش L 1.1m، ارتفاع بلوك hb  4cm، عرض بلوك هاي کف wb 3cm، فاصله بین بلوكها eb 3cm، طول بالا و پایین بلوك هاي کفxb2 5cm ،xb1 1cm.
– تحلیل ابعادي
با توجه به شکل 1، پارامترهاي مؤثر بر پدیده پرش هیدرولیکی را می توان با رابطه تابعی(1) بیان نمود:
که در رابطه بالا  چگالی سیال،g شتاب ثقل زمین ،
5334007883145

سال

سوم
/
شماره

3
/

بهار

93

سال

سوم

/

شماره



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید