بخشی از مقاله
چکیده
پرش هیدرولیکی از جمله پدیده های هیدرولیکی شگفت آوری است که موجب استهلاک انرژی جنبشی آب می گردد سازه های هیدرولیکی نظیر حوضچه های آرامش عمدتا به منظور استهلاک انرژی در پائین دست سرریزها، تندآبها و دریچه ها از این خاصیت مهم پرش هیدرولیکی استفاده می نمایند. ابعاد این سازه ها بستگی مستقیم به مشخصات پرش هیدرولیکی دارد از این رو برای اقتصادی کردن این سازه ها،از دیرباز مطالعات گسترده ای به منظور مطالعه مشخصات پرش هیدرولیکی و چگونگی کنترل آن و یا به حداقل رساندن ابعاد آن صورت گرفته است. ازجمله در سالهای اخیر مشخص گردیده است که زبری ممتد حوضچه های آرامش می تواند در کاهش ابعاد پرش موثر باشد با چنین فرضیه ای تحقیق حاضر انجام گرفته است تا با انجام آزمایش های آزمایشگاهی بتوان میزان و نحوه تاثیر آن را مشخص نمود. با این هدف از آزمایش های متعددی برای اعداد فرود ورودی در محدوده 5 تا 12,5در فلوم به عرض 35 سانتی متر انجام گرفت. در این آزمایشها زبری های مثلثی شکل و ترکیب آنها در کف فلوم به طوریکه سطح بالایی زبری ها با سطح پنجه سرریز در یک تراز واقع شوند نصب و مورد آزمایش قرار گرفت و پارامترهایی چون، دبی جریان، عمق اولیه، عمق ثانویه، طول غلتاب، طول پرش ،پروفیل سطح آب با دقت اندازه گیری شد تجزیه و تحلیل داده ها نشان دادند که زبری ها باعث کاهش طول پرش به اندازه متوسط 57 درصد و کاهش عمق ثانویه پرش به میزان حدود 20 درصد نسبت به حالت کلاسیک می شوند. علت این کاهش را می توان افزایش میزان آشفتگی جریان در بین زبری ها دانست که باعث افزایش تنش برشی به میزان حدود 13 برابرمی شود.
مقدمه
در طراحی سیستم های هیدرولیک سرعت جریان نباید بیش از حد قابل قبولی باشد. زیاد بودن سرعت آب در یک کانال خاکی و یا در رودخانه طبیعی فر سایش بستر و جداره ی کانال را به همراه داشته که ممکن است باعث خسارات جبران ناپذیری به تاسیسات مجاور رودخانه گردد معذلک در بسیاری مواقع به دلایل مختلفی از قبیل شیب زیادکف کانال خاکی و یا اختلاف زیاد انرژی بین دو مقطع و یا سقوط آزاد آب، با انرژی جنبشی بیش از حد آب مواجه میشویم که ناچاراً میباید سازههائی را طراحی کنیم تا انرژی جنبشی اضافی مستهلک و سرعت جریان را به حداقل قابل قبولی کاهش دهد. در پایین دست سر ریز سدهای به دلیل اختلاف ارتفاع زیادسرعت، جریان و نهایتاٌ انرژی جنبشی، بشدت افزایش مییابد که عدم کاهش این انرژی باعث فرسایش کف و ایجاد گودال در پایین دست سد خواهد شد که در دراز مدت باعث واژگونی سد میشود پس باید به نوعی این سرعت زیاد - انرژی جنبشی زیاد - را در سیستمهای هیدرولیکی از بین ببریم. سازه هایی که باعث کاهش انرژی جریان و پائین آوردن سرعت به حداقل قبولی می شوند، سازه های مستهلک کننده انرژی - Energy Dissipatorstrueture - میگویند بطورخلاصه این سازهها به قرار زیر میباشند سازههای مستهلک کننده انرژی در جهت افقی در این سازهها که اکثراٌدر پایین دست سر ریز سدها - سر ریز اوجی - و در کانالها و در انتهای شیب شکن ها دیده میشوند انرژی آب به صورت جهش هیدرولیکی تلف میشود که انواع حوضچههای آرامش از این نوع میباشند.
شکل--1 شمای کلی پرش هیدرولیکی روی بستر صاف
راجاراتنام از اولین محققانی بود که بطور گسترده مشخصات پرش هیرولیکی بر روی کانالهایی با بستر زبر را مورد بررسی قرار داد.وی نشان داد که طول غلطاب وطول پرش و عمق ثانویه پرش بر روی بستر زبر - Y2 - ، در مقایسه با مقادیر متناظر آنها برروی بستر صاف بطور قابل ملاحضه ای کاهش می یابند.
مواد و روش ها
آزمایش های مورد نظر در کانالی با طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 8، 0/35 و0/4 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه آزاد یاسوج انجام گرفت. تعدادی زبری مثلثی به عرض 35 سانتیمتر، در سه فاصله مختلف - سانتیمتر , 4=t - 12 ,8 مورد بررسی قرار گرفتند و در هر ارتفاع چهار فاصله - s - متفاوت بین بلوک ها در نظر جریان فوق بحرانی ورودی می باشد. با توجه به اینکه تاج زبری ها همسطح بستر بالا دست می باشد، موج ها شبیه گودال عمل کرده و تغییر ارتفاع آنها تأثیر زیادی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی ندارد. اید نشان داد ضریب نیروی برشی بر روی بستر های زبر، 15 برابر بستر صاف می باشد. به طوری که در کل چهار مقدار برای نسبت فاصله به ارتفاع زبری ها به دست آمد. - - s/t=1, 0/5, 0.33 کف های کاذب ایجاد شده طوری در کانال جایگذاری شدند که در پایین دست سرریز اوجی و لبه فاصله 120 سانتیمتری از پنجه سرریز قرار گرفنند در این حالت زبری ها به عنوان فرورفتگی هایی در کف بستر عمل کرده،مجموعه ای از جریان های گردابی را ایجاد می کنند و تنش برشی رینولدز در کف را افزایش می دهند تعداد 96 آزمایش در محدوده اعداد فرود 5 تا 12/5 با مقادیر - - 0/33<t/s<1 انجام شد. برای ایجاد جریان فوق بحرانی و اعماق اولیه پرش، یک سرریز اوجی از جنس ورق گالوانیزه در ابتدای کانال نصب گردید و یک دریچه کشویی به انتهای کانال برای اینکه پرش را به عقب برگرداند و برای اندازه گیری طول پرش آبی و طول غلطاب از یک نوار متری منصوب در بدنه کانال استفاده گردید.
شکل--2 نمایی از زبری های ممتد مثلثی شکل
شکل--3 نمایی از سرریز اوجی و پرش هیدرولیکی
