بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از سازههای موثر بر کاهش انرژی در پایاب سازههای هیدرولیکی، حوضچه آرامش میباشد که با داشتن ضمایم سازهای خاص و تشکیل پرش هیدرولیکی در آرام نمودن جریان خروجی از سازهها ایفای نقش مینماید.زبر نمودن بستر،عامل موثری در استهلاک انرژی و کنترل پرش هیدرولیکی به شمار میرود.در این مقاله نتایج بررسی آزمایشگاهی مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش پس از عبور جریان از سرریز اوجی با بستری با زبریهای عرض و یکپارچه مکعبی، گزارش شده است.
زبریهای انتخابی با 4 ارتفاع مختلف و در 2 حالت صعودی و نزولی به سمت پایین دست انتخاب شد. مقایسه نتایج بدست آمده با دادههای حاصل از پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف نشان داد که مقادیر طول پرش هیدرولیکی و طول غلتاب، در بستر زبر نسبت به بستر صاف به طور قابل ملاحظهای کاهش مییابند. در نهایت روابطی برای بدست آوردن طول پرش هیدرولیکی و طول غلتاب برای پرشهای تشکیل شده شده بر روی بسترهای زبر ارایه گردید.
مقدمه:
پرش هیدرولیکی پدیدهای رایج در پاییندست سازههای هیدرولیکی نظیر سرریز و دریچه میباشد. تبدیل سریع جریان فوقبحرانی به زبر بحرانی در بازهای نسبتاً کوتاه، عمق جریان را افزایش میدهد و باعث افت قبل توجه انرژی میگردد.این پدیده به طور گستردهای توسط محققان مختلف بر روی کانالهای مستطیلی مسقیم و افقی با کف صاف - پرش هیدرولیکی کلاسیک - مورد بررسی قرار گرفته است
طول پرش
فاصله افقی بین شروع و انتهای پرش هیدرولیکی را طول پرش گویند و آن را به نشان میدهند. معمولاً شروع یا ابتدای پرش کاملاً مشخص است و انتهای آن محلی است بعد از غلتابها که سطح آب اصولاً افقی، جریان زیر بحرانی و ارتفاع سطح آب در آن جا با ارتفاع پایاب برابر است. تخمین طول پرش با فرمولی که اساس تئوری داشته باشد، امکان پذیر نمی باشد. عده ای از پژوهشگران هیدرولیک با جمع آوری داده های تجربی طول پرش را بهصورت تابعی از 1 - عدد فرود در ابتدای پرش - و عمق 1و 2 در یک منحنی نشان دادهاند.
هاگر در سال 1992 میلادی رابطه تجربی زیر را برای طول پرش در کانال مستطیلی پیشنهاد کرده است همچنین برای تعیین طول پرش میتوان از رابطه تجربی زیر استفاده کرد که درآن ضریب تجربی است و بین 5 تا 6/9 متغیر می باشد. برای کارهای عملی میتوان را برابر با 6 فرض نمود.
برای مقایسه نتایج این تحقیق با طول و عمق مزدوج در پرش بدون زبری، مقادیر تغییرات طول نسبی غلتاب در پرش کلاسیک با استفاده از معادله زیر ارایه شده توسط هاگر - - 1992 که در آن عرض کانال است محاسبه شد، و در نهایت معادله نهایی استخراج شد.
کارلو و همکاران با آزمایشاتی در آزمایشگاه بر روی زبری بستر رابطه زیر را برای طول نسبی غلتاب ارایه دادند،که در آن و ضرایب عددی وابسته به زبری بستر میباشند و ارتفاع زبری میباشد.
شکل-1 شمای کلی پرش هیدرولیکی بر روی بستر صاف
راجاراتنام از اولین محققانی بود که به طور گسترده مشخصات پرش هیدرولیکی بر روی کانالهایی با بستر زبر را مورد مطالعه قرار داد. وی نشان داد که طول غلطاب و طول پرش و عمق ثانویه پرش بر روی بستر زبر - - y2 ،در مقایسه با مقادیر متناطر آنها بر روی بستر صاف به طور قابل ملاحظه ای کاهش مییابند.وی پرامتری را به نام زبری نسبی معرفی کرد که در آن ارتفاع معادل زبری و 1عمق اولیه پرش هیدرولیکی روی بستر زبر میباشد. ونشان داد
2تابعی از عدد فرود جریان فوق بحرانی ورودی - 1 - و زبری نسبی میباشد.وی نشان داد که اتلاف انرژی در پرش هیدرولیکی تشکیل شده بر روی بستر زبر بیش از 1/5 برابر پرش هیدرولیکی کلاسیک میباشد.
هیو و فلاک بر اساس مطالعاتی که بر روی بسترهای زبر انجام دادند کاهش عمق ثانویه و طول پرش را تایید کردند. ایدو راجاراتنام در بررسیهایشان بیان کردند که عمق ثانویه پرش هیدرولیکی بر روی بستر موجدار، کوچکتر از بستر صاف است و برای نشان دادن اختلاف این دو عمق، ضریب بدون بعدی به نام پارامتر کاهش عمق = - 2∗ − 2 - / 2∗ را تعریف کردند
.آن ها مقدار را برابر با 0/25 بدست آوردند و توضیح دادند که دلیل کاهش عمق ثانویه پرش ، زیاد شدن تنش برشی بستر است که در بستر زبر در حدود 10 برابر بستر صاف میباشد.طول پرش نیز در بستر موجدار نصف بستر صاف بدست آمد.ایزدجو و شفاعی بجستان مشخصات پرش هیدرولیکی را بر روی بسترهایی با زبریهای نواری
ذوزنقهای بررسی کردند.آنها گزارش کردند که نسبتهای و تاثیر قابل ملاحظهای بر روی عمق ثانویه ندارد.
نتایج مطالعات نشان داد که طول بی بعد پرش - - / 2∗ برابر 3 و متوسط مقادیر D برابر با 0/2 میباشد. اید از 3 نوع بستر موجدار سینوسی، ذوزنقه ای و منشوری استفاده کرد و نتیجه گرفت که زبری نسبی - - و شکل موجها،تاثیر چندانی بر روی عمق مزدوج نسبی ندارد. همچنین نسبت 2تقریباً80 درصد عدد فرود جریان فوق بحرانی ورودی میباشد.
با توجه به اینکه تاج زبری ها همسطح بستر بالادست میباشد،موجها شبیه گودال عمل کرده و تغییر ارتفاع آنها تاثیر زیادی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی ندارد.اید میزان عدد بی بعد را حدود0/4 بدست آورد و نشان داد ضریب نیروی برشی بر روی بسترهای زبر،15 برابر بستر صاف میباشد.عباسپور و حسین زاده با ایجاد بستر موجدار با محدوده شیب موج 0.286≤ ≤ 0.625 مشخصات پرش هیدرولیکی را در محدوده عدد فرود بین 3/8 تا 8/6
