بخشی از مقاله
چکیده
امروزه استفاده از پتانسیل بیشتر سرریز های نیلوفری و افزایش راندمان آنها جهت انتقـال بیشـتر جریـان بـا تغییراتـی در محـیط و وضع سرریز در بیشتر کشورها شناخته شده است. تشکیلگردابه در سرریز نیلـوفرِی ممکـن اسـت باعـث کـاهش میـزان دبـی عبـوری و کاهش در ضریب دبی سرریز گردد. تیغه های گرداب شکن از جمله راهکارهای موجود برای مسـتهلک کـردن گـرداب و افـزایش کـارایی این نوع سرریز به شمار می رود. در این تحقیق با استفاده از مدل هیدرولیکی ساخته شده سرریز نیلوفری،تاثیر تیغه هـای گـرداب شـکن و ارتفاع آنها بر بازدهی سیستم و میزان دبی عبوری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این موضوع است که نصب تیغه ی گـرداب شـکن باعث افزایش دبی عبوری از روی سرریز شده و با اجرای تیغه های کوتاه می توان به همان دبی با ارتفاع زیاد رسید.
واژههای کلیدی: تیغه گرداب شکن، سرریز نیلوفری، گردابه، ضریب دبی،
مقدمه
یکی از انواع سرریز های مورد استفاده به منظور تخلیه سیلاب از مخازن سدها سرریز نیلوفری می باشد، این سرریز زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که محدودیت مکانی برای ساخت دیگر سرریز ها وجود ندارد و یا اینکه خطر آبشستگی و اشباع شدن پوسته ی پایین دست سد وجود داشته باشد. عملکرد این سرریز به سه حالت می تواند صورت پذیرد.-1 کنترل تاج (آزاد): در این حالت عملکرد سرریز به صورت کاملاً آزاد انجام خواهد پذیرفت. -2 کنترل گلوگاه (روزنه): در این حالت سرریز به مانند یک روزنه عمل کرده میزان دبی عبوری تابع گلوگاه سرریز می باشد.-3کنترل مجرای تخلیه (تونل):در این وضعیت سرریز کاملاً زیر آب قرار گرفته وتونل تخلیه کاملاً پر می باشد. از محاسن این نوع سرریز می توان عبور دبی کامل طرح با وجود افزایش جزیی در سطح آب بالا دست و خودکار بودن و عملکرد خوب آن بدون نیاز به وسایل مکانیکی نام برد. اما نباید از نظر دور داشت که به دلیل ایجاد گردا بهای حلزونی در دهانه ی سرریز ممکن است با افت بازدهی سیستم تخلیه مخزن،کاهش ضریب دبی سرریز، ایجاد لرزش در سازه های انتقال و متصل به سرریز و تشکیل جریان دو فازی در سرریز مواجه شویم. جریان های گردابه ای در اثر تغییر جهت جریان، نیروی کشش سطحی و لزجت آب
بوجود می آید. یکی از روشهای موثر در کنترل گردابه و افزایش ضریب دبی و باز دهی سیستم تخلیه مخزن، استفاده از تیغه های گرداب شکن در سرریز نیلوفری است. این تحقیق به تاثیر تعداد و ارتفاع تیغه های گرداب شکن بر روی جریان عبوری از سرریز نیلوفری پرداخته است.
تاریخچه موضوع
هاگر (Hugher)گردابها را به شش نوع تقسیم می نمایند.گرداب نوع اول:جریان چرخشی در سطح مایع وبدون هیچ گونـه فرورفتگـی در سطح آن است.گرداب نوع دوم :جریان چرخشی در سـطح مـایع و بـدون هـیچ گونـه فرورفتگـی در سـطح مـایع اسـت. گـرداب نـوع سوم:جریان چرخشی همراه با هسته متحرک ودر حال نوسان به طرف آبگیر می باشد. گرداب نـوع چهـارم: گـرداب باقـدرت مکـش ذرات شناور سبک است.گرداب نوع پنجم: گرداب با قدرت مکش حباب های هوا به داخل آبگیر است.گرداب نـوع ششـم:گرداب بـا یـک هسـته هوای کاملاً توسعه یافته به داخل آبگیر است Hugher) ). رانکین((Rankin،گرداب را به دو بخش تقسیم کرد. ابتـدا بخـش مرکـزی
که نسبتاً کوچک است و لزجت بالایی دارد (به دلیل تلاطم زیاد و اضافه شدن ادی ویسکوزیته به لزجت سینماتیک) که شبیه یـک جسـم صلب در حال چرخش است ( Rankin ). بخش دیگر لزجت کمتری دارد (با لزجت کمتر حول گرداب تحت فشار دوران می کنـد) در
ناحیه مرکزی گرداب ،سیال به گونه ای می چرخد که سرعت مماسی در آن بـه شـکل خطـی بـا شـعاع تغییـر میکنـد . فـاتور (Fattor)و بسچیگا (Bacchiega) به این نتیجه رسیدند که در سرریز های نیلوفری در صورتی که سرریز مستغرق باشد مقدار دبـی 1/34 برابـر دبـی جریان در حالت طراحی می باشد و اگر به سیستم هوادهی صورت نپذیرد جریان متلاطم می گردد ( Bacchiega Fattor ). الستی
و موسوی جهرمی، با انجام آزمایشات روی سرریز نیلوفری به این نتیجه رسید که،گرداب باعث کاهش ضریب دبـی سـرریزهای نیلـوفری شده و باعث بوجودآمدن تلاطم و ورود هوا به داخل مجرای تخلیـه مـی شـود (السـتی و موسـوی جهرمـی، .(1385 نوحـانی و موسـوی جهرمی، استفاده از سازه کنترل گرداب را تا حد زیادی در کنترل جریان و پایداری آن مهم دانسته اند (الستی و موسوی جهرمی، .(1388
روش انجام آزمایش
این تحقیق با استفاده از شش پمپ با هد (Hpump)و دبی (Qpump) مختلف (از 10m H pump تا 17m H pump ) ویـک
3lit / sec Qpump 13lit / sec Qpump
فلوم به طول 2/4،عرض 0/9 و ارتفاع 0/3 متر مطابق شکل 1 در آزمایشگاه شخصی انجام پذیرفته است.و سرریز های لبه گرد با قطرهای 17،20 و 14/5 سانتی متر مورد بررسی قرار گرفته اند. جنس کلیه سرریز ها، زانو ها و مجرای انتقال از فـایبرگلاس مـی باشـد. ضـخامت تیغه ها 4 میلیمتر و بلندا و طول آنها با توجه به مشخصات سرریز ها انتخاب شده است.با توجه به شکل 2 طـول تیغـه هـا از رابطـه 1 و بلندای آنها از رابطه 2 بدست آمده است.
شکل -1 شمای کلی مدل هیدرو لیکی شکل -2 مشخصات سرریز و تیغه ها
(1) − =
(2) = 0.54 H
R
دلیل انتخاب معادله (2) جهت محاسبه بلندای تیغه ها این می باشد که کنترل سرریز از این حالت به بعد به کنتـرل روزنـه تبـدیل شـده و تاثیر تیغه ها بسیار کاهش می یابد. بلندای تیغه ها و تقسیم آنها به قطعات مختلف با توجه به قطر سرریز مطابق جدول 1 می باشد.
جدول - 1 مشخصات تیغه های گرداب شکن بر اساس هر سرریز (cm)
اندازه مختلف بلندای تیغه گرداب شکن برحسب درصد های مختلف h R
H بلندای پره شعاع سرریز
R
0,0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
0 1 2 3 4 5 5 10
0 1 2 3 4 5 5 8,75
0 1 2 3 4 5 5 7,25
جهت بررسی تاثیر تعداد و ارتفاع تیغه های گرداب شکن،تعداد 90 آزمایش مختلف روی سرریز ها ، با تعداد تیغه های مختلف و ارتفاع مختلف انجام شد.بعد از ساخت ومونتاژ قطعات مختلف مدل در آزمایشگاه،با توجه به ارتفاع مورد نیاز آب روی سرریز یک یا چند پمپ روشن شده و بسته به تعداد و ارتفاع تیغه ها،اندازه سرریز و هد آب روی آن زمانی سپری می شد تا جریان روی سرریز دائمی گردد(این زمان بین 7 تا 55 دقیقه می باشد)،دائمی شدن جریان با توجه به ثابت شدن ارتفاع آب روی سرریز که توسط عمق سنجی دیجیتال بر حسب mm اندازه گیری می شد ، تعیین می گردید. بعد از این مرحله ارتفاع آب روی سرریز قرائت شده و دبی اندازه گیری می شد. دبی به صورت حجمی و توسط یک مخزن 400 لیتری و زمان سنجی که تا 0/001 ثانیه دقت داشت (و توسط محقق طراحی و نصب گردید) اندازه گیری می شد. در هر مرحله آزمایش پس از اتمام اندازه گیری ها، ارتفاع آب روی سرریز((Hو دبی عبوری از روی آن (Q) بدست می آمد. با داشتن این دو کمیت برای یک سرریز می توان منحنی های دبی اشل و ضریب تخلیه سرریز نیلوفری را با استفاده از روابط محاسبه و رسم نمود.
