بخشی از مقاله
چکیده
مرور منابع نشان میدهد که زبریهای بستر حوضچه میتوانند در کاهش انرژی جنبشی نقش مهمی را ایفا نمایند. در این تحقیق برای اولین بار کاربرد زبریهای A-Jacks در بستر حوضچههای آرامش بر میزان انرژی جنبشی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این هدف از یک تندآب نصب شده در فلوم آزمایشگاهی جهت ایجاد پرش هیدرولیکی استفاده شد و خصوصیات هیدرولیکی پرش در محدودهی اعداد فرود 5/3 تا 8/1 در کانال مستطیلی بر روی بستر صاف و همچنین بستر زبر با زبری های A-Jacks در سه آرایش مختلف اندازهگیری شده است. نتایج این تحقیق نشان داد که زبریهای A-Jacks به طور مستقیم باعث افزایش کاهش استهلاک انرژی به میزان 14/3درصد میگردد. همچنین مشاهده شد که آرایش زبریها تاثیری بر میزان کاهش انرژی ندارد.
کلمات کلیدی: پرش هیدرولیکی، زبری های A-Jacks، استهلاک انرژی، حوضچه آرامش
1. مقدمه
پرش هیدرولیکی پدیدهای رایج در پایین دست سازههای هیدرولیکی مثل سرریزها و دریچهها میباشد. تبدیل سریع جریان فوق بحرانی به شرایط زیربحرانی در بازهاینسبتاً کوتاه، عمق جریان را افزایش میدهد و باعث افت قابل توجه انرژی میگردد. به منظور کنترل، ایجاد پرش هیدرولیکی و استهلاک انرژی در قسمت کوتاهی از یک کانال کف سازی شده، از حوضچههای آرامش استفاده میشود، که در گذشته چهار نوع حوضچه توسط سازمان احیاء اراضی آمریکا [3] و یک نوع توسط دانشگاه آیوا موسوم به حوضچه SAF اشاره کرد.[1]
ابعاد حوضچههای آرامشمستقیماً به مشخصات پرش نظیر طول پرش و عمق پایاب مورد نیاز بستگی دارد. از این رو تلاش محققین همواره بر ایجاد تمهیداتی در محل وقوع پرش هیدرولیکی بوده است که بتوانند مشخصات پرش را کاهش دهند تا ساخت حوضچهی آرامش صرفهجویی اقتصادی زیادی به همراه داشته باشد. از جمله میتوان به حوضچههای نوع دو، نوع سه و چهار و نیز حوضچه SAF اشاره کرد که در آنها از بلوکهای ابتدایی و یا میانی استفاده شده است. این بلوکها چون پیوسته نیستند باعث جداکردن جت ورودی و افزایش تنش برشی میشوند، از این رو باید از نظر سازهای مقاوم باشند تا در مقابل ممنتم بالای جریان مقاومت کنند. در خصوص اثر بلوکها بر خصوصیات پرش مطالعات زیادی تا کنون صورت گرفته است که برای اطلاع بیشتر میتوان به منابع پیترکا - - 1978، راجاراتنام - - 1968 و محمد علی - - 1991 مراجعه کرد.
مطالعات گذشته نشان میدهند که بلوکها میتوانند به مقدار زیادی طول پرش و در نتیجه طول حوضچه آرامش را کاهش دهند. ضمن اینکه بلوک ها باعث جداشدگی شدید جریان می شوند و امکان کاویتاسیون را در سرعت های بالای جت ورودی بوجود میآورند. به طور مثال سرعت جریان ورودی اگر از 17 متر بر ثانیه بیشتر باشد، نمیتوان در حوضچههای آرامش از بلوکهای میانی استفاده کرد پیترکا - . - 1978
از جمله موارد جایگزین بلوکها میتواند بستر زبر باشد. اگر در بستر زبر سطح فوقانی زبریها هم تراز کف بالادست و پاییندست باشد احتمال بروز کاویتاسیون کاهش یافته و به دلیل ایجاد گودال و افزایش جریانهای گردابی، تلاطم جریان بیشتر شده و خصوصیات پرش هیدرولیکی بهبود مییابند. در این رابطه میتوان به مطالعات اید و راجاراتنام - - 2002 و ایزدجو و شفاعی بجستان - - 2007 اشاره کرد.
کارلو و همکاران - - 2007 نیز با انجام آزمایشهایی تاثیر اندازه زبریهای طبیعی شامل شن و قلوهسنگ را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج آزمایش¬های آنها نشان داد که طول پرش و عمق پایاب تحت تاثیر زبری کاهش مییابد و میزان کاهش نیز به اندازه زبری وابسته است. در این مطالعات روابطی برای پیش بینی طول پرش و عمق پایاب ارائه دادهاند.
در مطالعه حاضر از زبریهای تصنعی به نام A-jacks استفاده شده است و این زبریها با آرایش هایی مشخص در بستر کانال و زیر جت ورودی آب قرارگرفتهاند تا اثر آنها بر میزان استهلاک انرژی بررسی شود.
2. مواد و روش ها
به منظور انجام این تحقیق، آزمایشات در فلومی به طول 7/5 متر، عرض 0/3 متر و ارتفاع 0/8 متر در 2/1 متر ابتدایی و 0/4 متر در 5/4 انتهایی فلوم از جنس شیشه، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز انجام گردید. دبی جریان قبل از ورود به مخزن آرام کننده توسط دبیسنج الکترومغناطیس با دقت 0/001 لیتر بر ثانیه اندازهگیری میشد. برای انجام آزمایشها تندآبی به ارتفاع 40 سانتیمتر و با شیب 23/5 درجه، از جنس پلکسی گلاس نصب شد. در پایین دست تندآب یک حوضچهی آرامش USBR نوع 1، طراحی شد. این حوضچه در حقیقت یک کفسازی ساده افقی در مسیر پرش است که بدون هیچ زائدهای جهش آبی در روی آن اتفاق میافتد.
تراز نصب تندآب به اندازه ارتفاع زبریها بالاتر از بستر فلوم قرار دارد. زبریهای A-Jacks با چیدمانهای مشخص در پایین دست تنداب و به اندازهی طولی معادل حداکثر طول پرش هیدرولیکی در شرایط بستر بدون زبری، نصب میشوند. به منظور کنترل عمق پایاب حوضچه آرامش، در انتهای فلوم دریچهی کشویی احداث گردیده است.
شکل - 1 - نمایی از پلان و مقطع طولی فلوم را نشان میدهد. جهت اندازهگیری اعماق اولیه و ثانویه پرش هیدرولیکی از یک دستگاه عمق سنج که بر روی ریل فلوم نصب گردیده است، استفاده میشود. عمق جریان در هر عرض در 5 نقطه اندازهگیری شده و متوسط آنها به عنوان عمقهای اولیه و ثانویهی پرش لحاظ شده است.
شکل - 1 کانال مستطیلی آزمایشگاهی مورد استفاده
3. مشخصات زبری
در این تحقیق برای اولین بار کاربرد A-Jacks پیوستن دو قطعه ی T شکل حاصل می شود و به . - 2 -
در بستر حوضچههای آرامش مورد بررسی قرارمیگیرد. A-Jacks در حقیقت قطعه بتنی است که از طور کلی شش پایه دارد. تا کنون بیشتر به عنوان موج شکن در بنادر مورد استفاده قرار گرفته است شکل بدین منظور با قرارگیری این قطعات روی بستر رودخانه در پائیندست دریچهها و یا سدهای انحرافی میتوان حوضچه آرامش را به بستری که هم زبر است و هم نفوذپذیر مجهز کرد. با توجه به شکل - A -Jacks - 3 با چیدمان مشخصی به شکل هشت، مثلث و پروانه در بستر حوضچه آرامش نصب شدهاند.
