بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی الگوی آبشستگی پیرامون سه آبشکن متوالی با زاویه120 درجه
چکیده:
در این تحقیق یک سری آزمایش در ارتباط با تغییرات توپوگرافی بستر و گسترش چاله آبشستگی پیرامـون سـه مـدل
آبشکن متوالی با نسبت های فاصله به طول 1/5، 2، 3 و4 در شرایط جریان آشفته و زیر بحرانی با بـستر ثابـت مـورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین و کمترین میزان عمق آبشستگی بترتیب مربـوط بـه آبـشکن های بالادست و میانی می باشد و با کاهش نسبت فاصله به طول آبشکن ها عمق آبشستگی اطـراف آنهـا کـاهش مـی یابد. در نسبت های فاصله به طول بالاتر، محل عمق آبشستگی از نقطه بالادست آبشکن ها بـه سـمت سـاحل کانـال
حرکت می نماید و سبب تشکیل یک ناحیه آبشستگی ثانویه در پایین دست آبشکن ها می گردد. از طرفی ناحیه فعال
آبشستگی بر حسب طول قائم آبشکن در محدوده قرار دارد.
واژه های کلیدی : آبشستگی، آبشکن.
مقدمه:
آبشکنها ساختمانهای هیدرولیکی میباشند که جهت جلوگیری از فرسایش سواحل در شرایط جریان سیلابی، امـواج تولید شده بوسیلهی کشتیها و تأمین عمق مناسب جریان برای دریانوردی مورد استفادههمچنینقرارمیگیرند. اخیـرا گزارش شده که این ساختمان ها دارای کاربردهای گوناگون زیست محیطی در رودخانهها می باشند. با پیشبینی عمق و هندسه چاله آبشستگی در اطراف یک آبشکن اطلاعات ارزشمندی در جهت تشخیص پتانسیل سـودمندی معبرهـای آبی بدست میآید و همچنین با یک ضریب اطمینان بالایی می توان نسبت بـه طراحـی و حفاظـت سـازه آبـشکن در رودخانه اقدام نمود.
مروری بر تحقیقات انجام شده:
تیسون و بک استید در سال 1975، میزان آبشتگی پیرامون یک آبشکن منفرد را در سه حالت زاویه 72، 90 و 107درجه (نسبت به دیواره بالادست کانال) مورد بررسی قرار دادند. نقشه های خطوط میزان آبشستگی استخراج شده از آزمایشات آنها به شکل زیر می باشد.[1]
شکل(.(1 نقشههای خطوط میزان در حالات آبشکنهای متمایل به پایین دست، عمودی و متمایل به بالادست جریان. ارائه شده بوسیله تیسون و بک استید .(1975)
کوهنل و همکاران، در سال 1999مطالعهای را بر روی الگوی آبشستگی اطراف یک آبشکن با زاویه90 درجه انجام دادند و نتایج زیر را استخراج نمودند :
- هندسه چاله آبشستگی اطراف آبشکن متاثر از نسبت استغراق آبشکن میباشد.
- درنسبتهای ریزشی بالاتر ناحیه حداکثر آبشستگی بطرف ساحل کانال انتقال پیدا میکند و یک ناحیه آبشستگی ثانویه در پاییندست آبشکن تشکیل میشود.
- برای دو طول آبشکن استفاده شده در مطالعه، آبشکنهای با طول0/305 متر حجم آبشستگی بیشتری را نسبت به هایآبشکن 0/152 متر نشان دادند.
- رابطه زیر را برای محاسبه حجم حفره آبشستگی ارائه دادند:
حجم حفره آبشستگی در زمان
نیز به ترتیب حجم و زمان پس از 30 ساعت از شروع آزمایش[2]
کوهنل و همکاران، در سال 2002 مطالعه دیگری را بر روی الگوی آبشستگی اطراف یک آبشکن با زوایای45 ،90 و 135 درجه انجام دادند و نتایج زیر را استخراج نمودند :
- برای هر سه زاویه آبشکن و دو نسبت تنگ شدگی 0/152 و 0/305 بکار رفته در اینزاویهمطالعه، آبشکنهای با 45 درجه، بیشترین میزان فرسایش بستر را در مجاورت ساحل کانال داشته، در حالیکه برای آبشکنهای 90 و 135 درجه مقدار کمتری بدست آمد. جم آبشستگی عمومی در 4 تا از 5 حالت آزمایش، برای اعماق جریان و نسبتهای مختلف تنش برشی در زاویه آبشکنهای با 135 درجه بیشتر بوده است - در بررسیهای انجام شده با سه زاویه آبشکن، بهترین طراحی مربوط به اپیهای با زاویه 135 درجه تشخیص دادهشد. زیرا پتانسیل فرسایش بستر در نزدیکی ساحل کمترین میباشد، در حالیکه حجم آبشستگی بیشترین میزان را نشان میدهد.[3]
مواد و روش ها:
مدل مورد نظر در یک کانال طبیعی ساخته شد. عرض کف کانال 75 سانتی متر، ارتفاع کانال 35 سانتی متر و شیب دیواره های جانبی آن 1:1 می باشد. جریان آب در کانال غیرچرخشی بوده، به این معنی که آب از منبع اصلی بوسیله
یک پمپ به سمت مخزن ورودی کانال هدایت شده و از آنجا به درون کانال اصلی سرریز می شود. جریان آب در کانال از طریق دو کانال فرعی که در فواصل مختلف از ابتدای کانال اصلی و عمود بر راستای آن قرار دارد به بیرون منتقل شده و خارج می گردد. دبی جریان در انتها ازطریق سرریزهای مثلثی که بر روی کانالهای فرعی نصب شده، اندازهگیری میشود. جهت توزیع یکنواخت جریان و از بین بردن انرژی اضافی آن، یک آرام کننده در مسیر کانال ( بالادست آبشکن ها) نصب گردید. سه آبشکن با عرض تاج 5 سانتی متر، ارتفاع معادل ارتفاع کانال، درصد تنگ شدگی مقطع کانال توسط سازه های آبشکن 30 درصد، شیب دماغهو آبشکن ها 1:1، عمق پی آبشکن ها 6 سانتی متر از نوع نفوذ ناپذیر ساخته وبترتیب با نسبت های فاصله به طول 1/5، 2، 3 و 4 و زاویه 120 درجه نسبت به دیواره پایین دست کانال نصب گردید. یک بستر ماسه ای با ضخامت 15 سانتی متر، 0.6mm کفD50 و طول 6 متر در کانال و اطراف سازه های آبشکن قرار داده شد. دبی جریان با انجام چند آزمایش اولیه، بگونهای تعیین گردید که با اعمال شیب مورد نظر((0/006، کف کانال در انتهای آزمایش ظاهر نگردد وضمناً اینکهدبی به اندازهای باشد
فرسایش اطراف دماغه آبشکنها اتفاق افتد بطوریکه قابل اندازهبنابراینگیری باشد. با انتخاب دبیs Q 13lit و انجام آزمایشات اولیه، زمان t 3600S برای رسیدن به وضعیت تعادل در بستر مناسب تشخیص دادهشد. عمق و سرعت جریان بالادست سازه های آبشکن در کلیه آزمایشات بترتیب درحدود 4 سانتی متر و0/35 متر در ثانیه و عدد رینولدز و فرود جریان 13289 و 0/58 محاسبه گردید.
برای اندازهگیری ترازهای بستر و اعماق جریان در طول آزمایش از یک دستگاه ژرفاسـنج اسـتفاده شـدهاسـت کـه بـا حرکت بر روی ریل کناره کانال امکان جابجایی در هر سه امتداد را دارد. طریقه اندازه گیری به این صـورت بـود کـه قرائت بستر در شبکه های مربعی در دو مرحله قبل و پس از انجام آزمایش صورت گرفت وسپس تغییرات توپوگرافی بستر از اختلاف مقادیرقرائت شده بدست آمد.
تحلیل نتایج :
میزان و نحوه تغییرات عمق آبشستگی پیرامون آبشکن ها در نسبت های فاصله به طول 1/5، 2، 3و4 در شـکل2 ارائـه شده است. همانطور که از شکل پیداست عمق آبشستگی پیرامون آبشکن ها با افزایش نسبت فاصله به طـول افـزایش می یابد. همچنین عمق آبشستگی آبشکن بالادست در کلیه نسبت های فاصله به طول همواره بیشتر از عمق آبشستگی آبشکن های میانی و پایین دست می باشد و عمق آبشستگی آبشکن میانی همواره کمتر از عمق آبشستگی آبشکن های بالادست و پایین دست بوده است.
