بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثير پارامترهاي هندسي بر خصوصيات هيدروليکي در سرريزهاي استوانه اي
چکيده
سريزهاي استوانه اي ( Cylindrical weirs ) و تاج دايره اي (circular Crested Weirs ) از نقطه نظر مسائل اقتصادي، طراحي آسان ، ضريب دبي بالا، قابليت بررسي جريان در سدهاي لاستيکي ، کاربرد در ساختمان تخليه آب و کنترل سطح آب در کانال ها نقش حائز اهميتي در مهندسي هيدروليک دارند. در اين پژوهش تاثير پارامترهاي هندسي بر خصوصيات هيدرليکي نظير ضريب دبي ،افت انرژي وعمق آب روي تاج بر روي ۶۴ مدل ودر ۵ گروه در آزمايشگاه هيدروليک دانشگاه شيراز مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت . دراين تحقيق ضريب دبي سرريزهايي با اشکال مختلف نظير نيم استوانه اي ، نيم استوانه اي با ارتفاع R ۲.۳، نيم استوانه اي با ارتفاع R ۱.۲، ربع استوانه اي و ربع استوانه اي با ارتفاع R بررسي و مقايسه گرديد که سرريز نيم استوانه اي بيشترين ضريب دبي را دارا بود.نتايج آزمايش ها نشان داد با افزايش بار آبي ضريب دبي همه سرريزها ضمن افزايش به هم نزديک مي شد، همچنين با افزايش محيـط سرريز ضريـب دبي با شيب بسيار کمي افزايش مي يابد. افت انرژي در مقاطع مختلف با افزايش بار نسبي کاهش مي يابد. .همچنين تغييرات محيط بر تغييرات افت انرژي بدون تاثير بود. عمق روي تاج در سرريزهاي نيم استوانه اي با ارتفاع R،R و R برابر۰.۷ بارکل و در سرريزهاي ربع استوانه اي با ارتفاع R وR ۲.۳ برابر۰.۸ بار کل از سطح تاج تعيين گرديد. همچنين تغييرات ارتفاع در همه سرريزها برعمق آب روي تاج ، ضريب دبي و تغييرات افت انرژي بدون تاثير مي باشد.
واژه هاي کليدي : سرريزنيم استوانه اي ، سرريز ربع استوانه اي ،ضريب دبي ، افت انرژي
مقدمه
سرريزها سازه هايي مي باشند که در عرض مجرا به منظـور تنظيم سطح آب ، انحراف ياانـدازه گيري دبي جريـان استفاده مي شوندواز قديمي ترين سازه هاي هيدروليکي ساخته بشر مي باشند که معمولاً به صورت لبه پهن ولبه تيز اجرامي گردند . سهولت ودقت اندازه گيري دبي در شرايط مختلف جريان سبب طراحي اشکال مختلف سرريز (مثلثي ، مستطيلي ، استوانه اي و. . .) گرديده است .ازاين ميان در قرن نوزدهم و اوايل قرن بيستم سرريزهاي استوانه اي شکل به عنوان شکل خاصي ازسرريزهاي لبه پهن به سبب سهـولت ساخت ،سادگي طـراحي ، هـزينه ساخت کمتر ، عبور تکه هاي شنـاور از روي آن ،عدم تجمع رسوب ومناسب بودن ضريب دبي مورد توجه بوده است . امروزه نيز به دليل روابط حاکم بر جريان دراين سرريزها به عنـوان الگويي جهـت بررسي جريان درسدهـاي لاستيـکي که هيدروليـک جريان در آن ـا در حالت کاملاً بر افراشـته همانندسرريزهاي استوانه اي مي باشد ، مورد استفاده قرار مي گيرد .دبي جريان در سرريزهاي استوانه اي همانند ساير ساختمان هاي اندازه گيري جريان به ضريب دبي که خوداز عوامل ديگرمتاثر است ، بستگي دارد .در اين تحقيق تاثير پارامترهاي هندسي بر خصوصيات هيدروليکي مانندضريب دبي ، افت انرژي و عمق آب روي تاج مورد بررسي قرار مي گيرد.
پيشينه تحقيق :
اسکاند و سانانس (١٩٥٩,Sananes &Escande ) تاثير مکش وهوادهي تيغه ريزش آب را در سرريزهاي استوانه اي مورد بررسي قرار دادندومتوجه شدند که افزايش نسبت عمق آب روي سرريز در بالادست به قطر سرريز اگر از حد معيني بيشتر شود، باعث ايجاد مکش (فشارمنفي )مي شود و همچنين مکش تيغه آب مانع از جدايي جريان شده و ضريب دبي را۱۵تا ۲۰ درصد افزايش مي دهد[۱]. ماتيو (١٩٦٣,Matthew) تئوري ساده اي را ارائه نمود که در آن تاثيرات کشش سطحي ، ويسکوزيته وشعاع انحناء خطوط جريان روي ضريب دبي بيان شد[۲] . کاسيدي (١٩٦٥,Cassidy ) در ارائه يک روش تحليلي براي ضريب دبي در سرريزهاي ريزشي ، به اين نتيجه رسيد که در يک نسبت ازعمق آب روي سرريز در بالادست به قطر سرريز ، جداشدگي تيغه جريان در پايين دست سرريز استوانه اي کمتر و در نتيجه فشار منفي ايجاد شده بيشتر از ساير سرريزهاي ريزشي مي باشد ، که اين امر موجب افزايش ضريب دبي در اين سرريزها نسبت به ساير سرريزها مي گردد[۳]. سارگينسون ( ١٩٧٢ Sarginson ) تاثير کشش سطحي را بر ضريب دبي مطالعه و از مدل هاي تهويه دار با مايع ليسـاپول ( Lissapol N ) بـا نيـوتن بر متر ( σ = کشـش سطحـي ) و شعـاع تاج استفاده کرد ودر محدوده ٤> ( H١)>٢ رابطه اي را براي تعيين Rضريب دبي ارائه نمود[۴] . باس ( ١٩٧٨,Bos ) در بررسي جريان در سرريزهاي استوانه اي اختلاف اساسي بين سرريز هاي استوانه اي ولبه پهن را ناشي از انحناي خطوط جريان برروي آستانه آنها دانست و ضمن ارائه رابطه دبي - اشل براي اين سرريزها اظهار داشت که عمق جريان روي تاج سرريز استوانه اي حدود ۰,۷ برابر عمق آب روي سرريز در بالادست است [۵]. چانسون و مونتس ( ١٩٩٨ ,Montes & Chanson ) تاثير شرايط جريان ( گسترش يافته و نيمه گسترش يافته ) را در بالادست سرريزهاي استوانه اي بر روي ضريب دبي بررسي نموده و نتيجه گرفتند که ضريب دبي به شدت تحت تاثير شرايط در بالا دست سرريزمي باشد[۶] .
تئوري جريان
بر اساس خصوصيات هندسي ، سينماتيکي وديناميکي جريان ، تابع جريان در سرريزهاي استوانه اي به صورت زير مي باشد. ( علائم در شکل ( ۱ ) نشان داده شده اند . )
)تحليل ابعادي به روش ٢ باکينگهام صورت گرفت و پارامترهاي بي بعد موثر بر جريان به صورت زير بدست مي آيد
در رابطه بالا به دليل جزئي بودن تاثير لزجت ( ٣ ) ، شتاب ثقل ( g )، کشش سطحي ( , )و ثابت بودن شيب کانال ( S٠ ) و عرض کانال ( L )، از پارامترهاي بي بعـد مربوط به آن ها صرفنظر گرديـد و نتـايج به صورت فرمول زير خلاصه مي شود .
در رابطه بالا H١ بار کل از سطح تاج ، h ارتفاع آب روي تاج سرريز ،D ارتفاع سرريز، R شعاع سرريز، P محيط سرريزو Cd ضريب دبي مي باشد .
در اين تحقيق تاثير عوامل بالا بر ضريب دبي (Cd) مورد بررسي قرار مي گيرد . ضريب دبي با اندازه گيري دبي عبوري از روي سرريز بدست مي آيد . به طور کلي معادله دبي در واحد عرض براي سرريزبه صورت زير نوشته مي شود .
q =دبي در واحد عرض
شتاب جاذبه
بارآبي کل اندازه گيري شده
از سطح تاج
=
ضريب دبي ( بدون بعد )
شکل ۱ – مشخصات هيدروليکي وهندسي سرريزها
مواد و روش ها
آزمايش ها برروي يک کانال مستطيلي به طول ۵ متر، عرض ۷.۵سانتيمترو ارتفاع ۳۰سانتيمتر انجام گرفت جنس کف کانال و ديواره هاي آن از پلکسي گلاس و محل قرارگيري مدلها متري از بالادست بود . اين کانال توسط پمپي با حداکثر دبي ۲,۵ ليتر بر ثانيه تغذيه مي شد .دبي هاي اندازه گيري شده در بازه (۲.۵ ٫ ۰.۱ ) ليتربر ثانيه بود . تنظيم دبي خروجي از موتور پمپ توسط شيرتنظيم تعبيه شده پيش از دهانه ورودي به مخزن بالا دست صورت مي گرفت . آب در يک سيکل بسته از منبع اصلي به مخزن کوچک ابتداي فلوم پمپاژ شده در آنجا با عبور از يک آرام کننده وارد فلوم مي شد . ارتفاع آب در فاصله هاي مختلف توسط سطح سنج ميله اي (point gauge ) نصب شده مشخص وپس از عبور آب از کانال به مخزن اندازه گيري دبي وارد مي شد ودبي به روش حجم _زمان اندازه گيري مي گرديد .
