-248506-481

5311045-442442

نشریه حفاظت منابع آب و خاك، سال چهارم، شماره اول، پاییز 1393

اثر زبري بر شدت نوسانات فشار در حوضچه آرامش با واگرایی ناگهانی

مهناز کریمی1*، سید حبیب موسوي جهرمی2 و محمود شفاعی بجستان3

1) دانشجوي دکتري؛ رشته سازه هاي آبی؛ دانشکده مهندسی علوم آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز؛ اهواز؛ ایران
2*) استاد؛ دانشکده مهندسی علوم آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز؛ اهواز؛ ایران
[email protected] :نویسنده مسئول مکاتبات*
3) استاد؛ دانشکده مهندسی علوم آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز؛ اهواز؛ ایران
19673894393

تاریخ دریافت: 18/07/1392 تاریخ پذیرش: 13/11/93

چکیده
حوضچه هاي آرامش با واگرایی ناگهانی از جمله سازه هاي مستهلک کننده انرژي هستند که در پایین دست سرریزها، دریچه ها و تنداب ها کاربرد فراوانی دارد. استهلاك
انرژي در پرش هیدرولیکی در نتیجه گرداب هاي تلاطمی بزرگ مقیاس( macro-scale turbulence) می باشد که با نوسانات شدید فشارهمراه است و باید در طراحی حوضچه مورد توجه قرار گیرد. از طرفی وجود زبري در بستر حوضچه می تواند سبب تغییر رفتار خطوط جریان و تشکیل گرداب ها در طول پرش گردد و تاکنون اثر آن بر میزان مشخصات هیدرودینامیکی پرش مورد مطالعه قرار نگرفته است. در این مطالعه آزمایش ها در یک فلوم نسبتاً بزرگ به عرض 8/0 و طول 12 متر، در حوضچه واگراي ناگهانی با نسبت واگرایی( 2B1/B) برابر با 33/0 و در محدوده اعداد فرود بین 4 تا 5/9 مورد بررسی قرار گرفت. فشارهاي هیدرودینامیکی در بستر فلوم توسط دستگاه ترانسدیوسر ثبت شده است. نتایج نشان داد که وجود زبري در بستر حوضچه باعث کاهش شدت نوسانات تلاطمی پرش شده است. ماکزیمم ضریب شدت نوسانات فشار( CPmax) در پرش واگراي زبر تا مقدار 023/0به دست آمده که تقریبا 53 درصد نسبت به پرش واگراي صاف و 70 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش یافته است. حداکثر ضرایب نوسانات فشار در ابتداي پرش و در فاصله 15 الی 30 درصد از طول پرش رخ می دهد. حداکثر مقدار ضریب +CP و+CP تا 08/0 به دست آمده است. علاوه بر ضرایب بدون بعد نوسانات فشار، توزیع طولی فشار و نوسانات فشار تعیین شده و مقادیر بحرانی در طول پرش به دست آمده است.
کلید واژه ها: بستر زبر؛ پرش هیدرولیکی؛ حوضچه واگراي ناگهانی؛ نوسانات فشار
مقدمه
69530978247939

سال

چهارم

سال

چهارم

پرش هیدرولیکی از جمله روش هاي استهلاك انرژي جنبشی آب در پایین دست سازه هایی چون دریچه ها ،سرریزها و تنداب ها می باشد که به منظور کنترل آن از سازه اي به نام حوضچه آرامش استفاده می گردد .استهلاك انرژي و تلاطم جریان در حوضچه هاي آرامش با نوسانات شدید فشار همراه است که می تواند باعث ایجاد ارتعاش، فرسایش و ایجاد حفره در دال کف و یا حتی فرسایش بیش از حد در پایین دست و بستر رودخانه گردد و امنیت سازه را به خطر اندازد. در طراحی حوضچه آرامش اثر نیروهاي نوسانی ناشی از تلاطم در پرش می تواند قابل توجه باشد و باید در طراحی حوضچه آرامش مورد توجه قرار گیرد (آریان فر و همکاران ،1392). تا زمانی که امکان اندازه گیري نوسانات فشار براي محققین وجود نداشت، دانش کافی از میزان واقعی نیروهاي وارد بر حوضچه آرامش و در نتیجه طراحی ایمن تر این سازه امکان پذیر نبود به طوري که بیشتر محققین با استفاده از سرعت و فشار متوسط روش هایی را براي طراحی دال کف حوضچه ارائه نموده اند که در این روش ها شرایط حداکثر بارگذاري، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. با پیشرفت تکنولوژي و امکان اندازه گیري فشارهاي لحظه اي توسط دستگاه ترانسدیوسر، این امکان براي محققین فراهم شده تا بتوانند نیروهاي هیدرودینامیکی را در پرش هیدرولیکی محاسبه و اثرات این نیروها را در پدیده هایی همچون کاویتاسیون و ایجاد حفره در حوضچه آرامش و شکست دال کف و … بررسی نمایند.
موضوع مشخصات هیدرودینامیکی و نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی پس از حادثه تخریب هاي ایجاد شده در حوضچه آرامش سد کارنافولی( Karnafuli dam) در بنگلادش و مالپاسه( Malpaso) در مکزیک به شکل بارزي مشهود گردید. نوسانات فشار در این حوضچه ها به زیر دال هاي بتنی منتقل شده و موجب ایجاد نوسانات در نیروي برکنش گردیده به طوري که نهایتا خرابی هاي عظیمی در سرریز و حوضچه هاي آرامش آنها بوجود آمده است( 1987Bowers and Toso, ).
و Lopardo ،(1974) Elango و Abdul khader اکبري و همکاران( 1982) شدت ،(1980)Solari
نوسانات فشار را با استفاده از ضریب بدون بعد انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار( Cp ) به صورت زیر تعریف نمودند:
Cp V g

12/ 2 (1)
در این رابطه  انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار و 1V سرعت در شروع تشکیل پرش می باشد. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که حداکثرضریب بدون بعد انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار نزدیک به محل پنجه پرش و تقریبا برابر با 085/0 میباشد.
Lopardo و Solari (1980) نوسانات فشار را براي پرش هیدرولیکی در پایین دست یک دریچه براي اعداد فرود بین 5/2 تا 5/7 اندازه گیري نمودند و بیشترین مقدار ضریب Cp را برابر با 084/0به دست آوردند، که در عدد فرود 5/4 و تقریبا در فاصله 30 درصد طول پرش واقعشده است. انها به این نکته اشاره نمودند که در عدد فرود5/4 پرش نوع انتقالی به پرش پایدار تبدیل می شود .همچنین مشخص گردید که با افزایش عدد فرود جریان مقدار ضریب نوسانات فشار کاهش می یابد و مقادیر حدي نوسانات فشار (حداکثر انحراف فشار ماکزیمم و مینیمم از فشار میانگین) در شرایط جریان توسعه یافته یا در حال توسعه اختلاف چندانی ندارد.Lopardo و Henning(1985) تاثیر شرایط ورودي پرش هیدرولیکی به حوضچه را در دو حالت نصب دریچه و سرریز مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که بیشترین مقدار ضریب Cp در پایین دست دریچه تقریباً در عدد فرود 5/4 و در پایین دست سرریز در عدد فرود 5/6 رخ داده است. که این اختلاف به دلیل ساختار متفاوت تشکیل پرش در پایین دست دریچه و سرریز می باشد. براي نمایش توزیع طولی فشار متوسط و نوسانات فشار در طول پرش روابط بدون بعد زیر را ارائه شده است( ,.Marques et al
:(1997
287275141875

Px Y1X
 (Y Y )  f Y2 Y1 
21
263844135444

xY2X
 H Y  f  Y2  Y1 
t 1
4273278208315

سال

چهارم

/

شماره

1
/

پاییز

سال

چهارم

/

شماره

1

/



قیمت: تومان

دسته بندی : منابع آب خاک

دیدگاهتان را بنویسید