whatsapp call admin

مقاله اثر باز شدگی دریچه و دبی جریان در آبشستگی ناشی از جت مستغرق عبوری از دریچه کشویی

word قابل ویرایش
13 صفحه
10700 تومان
107,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

 

اثر باز شدگی دریچه و دبی جریان در آبشستگی ناشی از جت مستغرق عبوری از دریچه کشویی
خلاصه
آبشستگی موضعی در نزدیکی دریچه باعث نشست پی و در نهایت تخریب سازه می گردد. آبشستگی معمولا از طریق کاهش پارامترهای بارگذاری یا افزایش پارامترهای بارگذاری یا افزایش پارامترهای مقاومتی کاهش می یابد. در این تحقیق از کف بند افقی بعد از دریچه کشویی برای مهار ۳۵ mm آبشستگی ناشی از جت مستغرق استفاده شده است . تاثیر بازشدگی های مختلف دریچه و دبی مختلف جریان را بر روی آبشستگی مورد بررسی قرار گرفت . طبق نتایج بدست آمده هر چه بازشدگی دریچه کمتر باشد، مقدار آبشستگی بیشتر و هر چه دبی جریان کمتر باشد، مقدار آبشستگی کمتر است .
کلمات کلیدی: دریچه کشویی، کف بند، بازشدگی دریچه ، دبی، آبشستگی

١- مقدمه (با ٢ خط pt٩ فاصله از کلمات کلیدی)
سازه های آبی که الگوی جریان را در اطراف خود تغییر می دهند، ممکن است باعث بروز آبشستگی محلی شوند. زیرا تغییر ویژگی های جریان به تغییر ظرفیت حمل رسوب می انجامد که خود به عدم تعادل بین ظرفیت واقعی حمل رسوب و طرفیتی که جریان رسوب را حمل می کند منجر می شود. ممکن است یک تعادل جدیدی به دنبال شرایط هیدرولیکی تطبیق یافته با آبشستگی، نهایتا بوجود آید. به عنوان یک تخمین مقدماتی، آبشستگی که از هر یک از فرایندهانتیجه می شود را ممکن است بطور خطی به یکدیگر افزود تا آبشستگی نهایی بدست آید. به علاوه ممکن است آبشستگی در شرایط متفاوتی از حمل رسوب را از یکدیگر تفکیک کرد. معمولا مقیاس آبشستگی محلی نسبتا کوتاه است . اما فرایند آبشستگی وابسته به زمان در شرایط اصلی، ممکن است قابل توجه باشد. به همین جهت این گونه اینگونه زمینه های مرتبط با آبشستگی بیان می کنیم .
آبشستگی عمومی
این آبشستگی هنگامی رخ میدهد که کل بستر رودخانه در بازه ای از آن به عللی در حال شسته شدن باشد. آب جاری باعث فرسایش ، حمل و ته نشینی رسوبات در رودخانه میشود و تراز بستر آن را تغییر میدهد. تغییر در بستر رودخانه ممکن است به تغییرات مورفولوژی رودخانه منتهی شود.
این نوع آبشستگی صرف نظر از وجود سازه در رودخانه اتفاق میافتد و باعث کاهش تراز بستر رودخانه میشود. این نوع آبشستگی ممکن است با توجه به توسعه زمانی آبشستگی، در بازه های زمانی طولانی یا کوتاه مدت ایجاد گردد.[١]
معمولا زمان لازم برای وقوع آبشستگی عمومی طولانیتر از زمان رویداد آبشستگی موضعی است . انواع آن در شرایط زیر رخ می دهد:
 آبشستگی در خمیدگی
 آبشستگی در چند شاخه ها
آبشستگی ناشی از انقباض
معمولا با احداث سازه ای مانند دریچه ، سطح مقطع جریان در محل احداث آن کم میشود. کاهش عرض منجر به افزایش سرعت و ایجاد آبشستگی می شود.[٢]
از طرفی این نوع آبشستگی در نتیجه انقباض کانال یا مسیر آبراهه ایجاد میگردد. با انقباض و تنگ شدگی در مسیر آبراهه ، مقطع جریان کاهش یافته و سرعت متوسط و تنش برشی بر روی بستر افزایش یافته و در نتیجه قدرت فرسایش و انتقال رسوب جریان بر روی بستر آبراهه افزایش می یابد. تأثیر این نوع آبشستگی، پایین افتادن سطح بستر آبراهه است .[٣]
مقدار افزایش عمق در امتداد یک تنگ شدگی طولانی را می توان از معادلات حرکت و پیوستگی رسوب و آب محاسبه کرد. برای شرایط جابه جایی عمومی، راه حل استراب به شکل زیر قابل خلاصه کردن است .[۴]

در این رابطه عمق آبشستگی در تنگ شدگی، عمق جریان در بالادست تنگ شدگی نسبت تنگ شدگی، پهنای رودخانه ، توانی که بین ٠.۶٧ و ٠.٨ قرار دارد.
١-١- آبشستگی موضعی
این نوع آبشستگی مستقیما ناشی از اثر سازه بر الگوی جریان است و تابعی از نوع سازه میباشد و ممکن است هم زمان با آبشستگی عمومی و آبشستگی ناشی از انقباض رخ دهد. این نوع آبشستگی در اثر شدت جریان و گرداب های ایجاد شده در اطراف سازه ایجاد میشود. به طور کلی عمق آبشستگی موضعی بسیار بزرگ تر از عمق آبشستگی ناشی از انقباض و آبشستگی عمومی میباشد. در تحلیل مسایل آبشستگی موضعی، فقط عمق بیشینه آبشستگی در مرحله تعادل اهمیت دارد. آبشستگی ایجاد شده اطراف پایه پل ، تکیه گاه جانبی پل و آب شکن نمونه ای از آبشستگی موضعی است .[۵]
آبشستگی موضعی از نظر انتقال وضعیت بستر به دو بستر زنده و آب زلال تقسیم می شود:
١-٢- آبشستگی آب زلال
زمانی اتفاق میافتد که ذرات بستر در بالادست منطقه آبشستگی حرکتی نداشته باشد و در جای خود ساکن باشد. تنش برشی بستر در خارج از منطقه آبشستگی موضعی کوچک تر یا مساوی تنش برشی بحرانی یا تنش برشی آستانه برای شروع حرکت ذرات بستر میباشد. در آبشستگی آب زلال حداکثر عمق آبشستگی زمانی رخ میدهد که جریان دیگر قادر به خارج ساختن ذرات از داخل گودال آبشستگی نباشد.
١-٣- آبشستگی بستر زنده
این نوع آبشستگی زمانی رخ میدهد که جریان در حال حمل رسوب باشد. آبشستگی بستر زنده زمانی آغاز میشود که سرعت برشی بستر از سرعت برشی بحرانی بیشتر باشد، یعنی باشد. در این نوع آبشستگی، عمق حفره آبشستگی به سرعت افزایش یافته و به حداکثر مقدار خود میرسد، اما با آغاز ورود ذرات به حفره ، از عمق آبشستگی کاسته می شود. زمان تعادل آبشستگی موضعی در بستر زنده نسبت به آب زلال کوچک تر است و در واکنش به گذر از اشکال مختلف بستر نوسان دارد. ماکزیمم عمق آبشستگی بستر زنده به میزان ١٠ درصد کمتر از ماکزیمم عمق آبشستگی آب زلال می باشد.
٢- مواد و روشها
در هیدرولیک موارد متعددی وجود دارد که لازم است عملکرد آن ها را در قالب مدل های ریاضی (تحلیلی، عددی) و یا تجربی (آزمایشگاهی) مورد مطالعه قرار داد. وقتی که معادلات حاکم بر پدیده کاملا شناخته شده و با کاربرد علم ریاضی قابل تحلیل باشند، از روش عددی استفاده میشود. در هیدرولیک پدیده های دیگری هم هستند که معادلات حاکم بر آن ها به سادگی قابل تشخیص نبوده و یا در مواردی که در صحت سنجی نتایج حاصل از مدل عددی مورد نظر باشد، در این صورت از روش های تجربی استفاده میشود. در روش تجربی معمولا مطالعه بر روی اصل پدیده سیال مشکل و پر هزینه است و جهت پیش بینی فرآیند این پدیده ها از مدل فیزیکی با مقیاس کوچک تر در آزمایشگاه استفاده می شود. با توجه به اهمیت بررسی آبشستگی با استفاده از مدل های فیزیکی، این تحقیق به صورت آزمایشگاهی صورت پذیرفت . در ادامه به تشریح تجهیزات و مدل های فیزیکی به کار رفته در این آزمایشات پرداخته شده است . سپس انواع آزمایش ها، روش ها و مراحل انجام تحقیق تشریح می گردد. آزمایشات مربوط به این تحقیق در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشکده ی کشاورزی دانشگاه تبریز انجام شده است . آزمایشات در فلومی به طول ٩ متر، عرض ٢۵ سانتی متر و ارتفاع ۵٠ سانتی متر از کف انجام شده است . جنس دیواره ی کانال از جنس شیشه و کف کانال ورق گالوانیزه است . در مسیر کانال دریچه ی کشویی لبه تیز وجود دارد و برای ایجاد جت افقی و پرش هیدرولیکی از این دریچه استفاده می شود. برای ایجاد کف بند از کف کاذب و بستر متحرک استفاده شده است . بدین صورت که کف کانال ١٣ سانتی متر بالا می آید و کف بندی به ارتفاع ١٣ سانتی متر ایجاد می کنیم . بعد از کف بند، به طول ١٠٠ سانتی متر، بستر ایجاد می کنیم . در این بستر از ذرات رسوبی با قطر متوسط ۵١. . میلیمتر و چگالی نسبی ٢.۴ و انحراف معیار ١.٢استفاده شده است . آزمایشات در باز شدگی های ٢،٣ و۴ سانتی متری از دریچه انجام شد، همچنین دریچه در ٣ فاصله ی طولی ٣٠،۴۵،۶٠ سانتیمتر از ابتدای کف بند تنظیم می شود. جت آب بعد از عبور از زیر دریچه و عبور از کف بند به بستر می رسد و به محض رسیدن به بستر، بستر شروع به فرسایش می کند. قبل از انجام آزمایش سطح بستر کاملا هم سطح لبه ی کف بند است . این آزمایش در ٢ دبی مختلف ٧.۵ و ١٠ لیتر بر ثانیه انجام شد.
برای اندازه گیری دبی از سر ریز مثلثی که در انتهای فلوم قرار دارد استفاده می شود. همچنین برای بررسی تاثیر عمق پایاب بر روند آبشستگی، مقدار حداکثر آبشستگی را در ۴ عمق پایاب ١۵.٨، ١٧.٢، ١٨.۶، ١٩ در طول کف بند ۴۵ و باز شدگی ٢ و ٣و ۴ سانتی متر را بدست آوردیم . عمق جریان در پایاب توسط عمق سنج با دقت ١.. میلی متر اندازه گیری شد. برای ایجاد عمق استغراق ابتدا دریچه را کاملا باز می کنیم تا فلوم پر از آب شود و دریچه ی انتهایی کانال کاملا بسته است . به تدریج دریچه را می بندیم تا به باز شدگی مورد نظر برسد و دریچه ی انتهایی را به تدریج باز می کنیم . به محض تنظیم دریچه و ایجاد جت مستغرق ، آبشستگی انجام می شود. برداشت پروفیل در فاصله ی زمانی١،۵،١٠،١۵،٣٠،۶٠،١٢٠،١۵٠،١٨٠ دقیقه انجام شد و برای برداشت پروفیل ، دیواره ی فلوم را در فاصله ی ۵ سانتی متر توسط اشل شفاف درجه بندی کرده ایم و در زمان های مختلف محل بستر را مشخص می کنیم . مدت انجام آزمایش ٣ ساعت است و طی این ٣ ساعت آبشستگی ادامه دارد و نمی توان برای گودال آبشستگی مقدار ثابتی را در نظر گرفت .
اما بعد از مدتی، آبشستگی به حالت حدی می رسد و بعد از آن بستر زیاد تغییر نمی کند. در کل ٧٢ آزمایش انجام شد که از داده ی میانگین استفاده کردیم .

٣- نتایج و بحث
نتایج اندازه گیریهای آزمایشگاهی بصورت پارامترهای بی بعد شده در اشکال (٢) تا (٨) نمایش داده شده است . همانطوریکه در شکل (٢) نشان داده شده است ، ملاحظه میشود که با کاهش بازشدگی دریچه ، مقدار آبشستگی زیاد میشود. در ابتدا چون آبشستگی نزدیک کف بند است و گرداب های ناشی از جت مستغرق و جدایی جریان لبه کف بند ایجاد میشود، به همین دلیل شیب نمودار در ابتدا زیاد است ولی با گذشت زمان هر چه از لبه کف بند فاصله میگیرد، اثر گرداب ها کمتر میشود و شیب نمودار نیز کمتر میشود. زمان تعادل در باز شدگی های ٢ و ٣ سانتی متر تقریبا ١٢٠ دقیقه است ، اما در مورد باز شدگی ۴ سانتی متر، زمان تعادل تقریبا ١۶٠ دقیقه است .
با توجه به شکل های (٣) و (۴) میتوان نتیجه گرفت به ازای یک بازشدگی، هر چه طول کف بند بیشتر باشد، نسبت عمق آبشستگی به عمق حداکثر کمتر است و محل برخورد جت نزدیک کف بند است . همچنین شیب ابتدایی جریان در یک بازشدگی به ازای طول کف بند کمتر بیشتر است .
با مقایسه شکل های (٣) و (۴) میتوان نتیجه گرفت هر چه بازشدگی کمتر باشد، آبشستگی بیشتر و نسبت عمق آبشستگی به عمق حداکثر بیشتر است . مطابق نمودار شکل (۵) تا(٨) به ازای افزایش دبی جریان و افزایش شدت جریان ، مقدار عمق تعادل آبشستگی و شدت توسعه عمق آبشستگی افزایش مییابد. با افزایش شدت جریان ، قدرت جریان در اطراف لبه کف بند بیشتر میشود و گرداب های ناشی از جت مستغرق وجدایی جریان در لبه کف بند افزایش مییابد. شیب ابتدایی آبشستگی در دبی ١٠ لیتر بر ثانیه ، بیشتر از دبی ٧.۵ لیتر بر ثانیه است و این به خاطر وجود فوران های بیشتر در دبی ١٠ لیتر بر ثانیه است . زمان تعادل در دبی١٠ لیتر بر ثانیه برابر ١٧٠ دقیقه است و از این زمان به بعد تقریبا آبشستگی با سرعت کمتری انجام میشود، ولی در دبی ٧.۵ لیتر بر ثانیه زمان تعادل ١٢٠ دقیقه است . زمانی که با دبی ١٠ لیتر بر ثانیه ، به تعادل میرسد، آبشستگی حدود ۶ میلی متر است ، اما به ازای دبی ٧.۵ لیتر بر ثانیه ، در طی ۶٠ دقیقه حدود ٣میلی متر آبشستگی ایجاد میشود..

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 13 صفحه
107,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد