بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تاثیر میزان بازشدگی دریچه کشوئی بر ضریب فشردگی جریان با استفاده از مدل فیزیکی
چکیده
دریچههاي کشویی ابزارهایی هستند که عمدتا براي کنترل دبی و عمق جریان در کانال هاي آبیاري و سازه هاي هیدرولیکی مورد استفاده قرار میگیرند. بهعلت اهمیت عملی دریچه کشویی به عنوان یک سازه کنترل و اندازه گیري، پیش بینی خصوصیات جریان عبوري از زیر این نوع دریچه یکی از مسائل علم هیدرولیک است. در این تحقیق، سه میزان بازشدگی دریچه به اندازه 2، 3 و 4 سانتیمتر مورد بررسی قرار گرفت، در هر حالت با اندازهگیري دبی عبوري از زیر دریچه و عمق آب پشت دریچه و حداقل عمق جریان بعد از عبور از دریچه و قبل از پرش هیدرولیکی، ضریب فشردگی جریان را براي دریچه کشوئی به ازاي بازشدگیهاي مختلف، از طریق برازش دادههاي آزمایشگاهی بدست آورده و با مقدار تئوري آن مقایسه شود.
نتایج نشان داد که با تغییر مقدار بازشدگی و به ازاي نسبتهاي ثابت بازشدگی به انرژي ، مقدار Cc تغییر کرده و با کاهش بازشدگی مقدار Cc افزایش مییابد.
کلمات کلیدي: جریان آزاد، دریچه کشوئی، ضریب فشردگی، ضریب جریان، مدل فیزیکی
مقدمه
دریچههاي کشویی کاربرد وسیعی در کنترل دبی و عمق جریان در کانالهاي آبیاري، فاضلابروهاي بزرگ و دیگر سازههاي هیدرولیکی دارند. به علت اهمیت ویژه دریچه کشویی به عنوان یک ابزار در کنترل و اندازهگیري، برآورد خصوصیات جریان زیر دریچه یکی از مسائل کلاسیک در علم هیدرولیک است. دبی عبوري از دریچه کشویی نه فقط تحت تاثیر عمق جریان در بالادست در حالت جریان آزاد است بلکه در حالت مستغرق هم از عمق پاییندست و هم از عمق بالادست تاثیر میپذیرد(هندرسون، .1966 لین و همکاران، .(2002 دریچههاي عمقی داراي انواع و اقسام گوناگونی هستند که مشهورترین آنها عبارتند از دریچههاي کشوئی ، قطاعی و طبلی (حامدي،. (1382 یک دریچه کشوئی تشکیل یافته است از یک صفحه قائم لغزشی که کنارههاي آن در فضاي مناسب ایجاد شده در بدنهها ، قرار داده شده و میتواند به اندازه مورد نیاز به سمت بالا یا پائین حرکت کند (حسینی و ابریشمی، . (1385 جریان خروجی از زیر دریچه عمقی یا دریچه زیرگذر موقعی آزاد گفته می شود که جت آب خروجی با حالت فوق بحرانی خود وارد فضاي آزاد تحت فشار جو شود و بوسیله آب پائین دست یا هر جریان اضافی دیگر غرق نشود . در این حالت ارتفاع پایاب آنقدر زیاد نیست که بتواند دریچه را مستغرق نماید و در نتیجه جریان مستقل از میزان ارتفاع پایاب خواهد بود.
کیم (2007) جریان زیر دریچه کشویی را با آنالیز عددي کرد که تطابق خوبی با دادههاي اندازهگیري شده قبلی داشت.
لوزانو و همکاران (2009) دریچه کشویی مستغرق را در یک کانال آبیاري واسنجی کردند. هیاوي و محمد (2010) در تحقیقی ویژگیهاي پرش هیدرولیکی پاییندست دریچههاي کشویی را بررسی کردند و نشان دادند که استهلاك انرژي در خلال پرش هیدولیکی تابعی از عدد فرود، عدد وبر و مقدار باز شدگی دریچه است، همچنین دریافتند با کاهش استهلاك انرژي عدد وبر افزایش و با افزایش آن عدد فرود افزایش مییابد و نیز با افزایش باز شدگی دریچه عدد وبر افزایش و عدد فرود کاهش مییابد. در این تحقیق به منظور بررسی تاثیر میزان بازشدگی دریچه کشوئی بر ضریب فشردگی سه میزان بازشدگی دریچه در نظر گرفته شد.
مبانی تئوري حاکم
با فرض داشتن Cc و یکنواخت در نظر گرفتن جریان در بالادست مقطع (1) و پائیندست مقطع (2) که در شکل 1 نشان داده شده است و صرف نظر کردن از افت انرژي در مقطع دریچه و نیز در فاصله دریچه تا مقطع 2 ، معادله انرژراي میتوان بصورت زیر نوشت:
با در نظر گرفتن رابطه 2 و3 بدست میآید:
با توجه به تعریف ضریب فشردگی
با توجه به روابط (5) (4) ، رابطه نهائی زیر براي دبی واحد عرض عبوري از زیر دریچه کشوئی بدست میآید :
پارامترهاي استفاده شده در روابط فوق عبارتند از :
: Cd ضریب دبی حجمی (بدون بعد)، : Cc ضریب فشردگی جریان (بدون بعد)، : b عرض دریچه (m)، : a ارتفاع بازشدگی دریچه (m)، : h1 عمق آب پشت دریچه (m)، : h2 حداقل عمق آب بعد از دریچه و قبل از پرش (m)، :V1
سرعت آب در مقطع(m/s) 1، :V2 سرعت آب در مقطع (m/s) 2، : g شتاب ثقل زمین (m/s2)، : q دبی عبوري واحد عرض (m3/s.m)
در جداول 1 و 2 خلاصه اي از پژوهشهاي انجام شده روي ضریب فشردگی و ضریب جریان آورده شده است.
عموماً مقادیر آزمایشگاهی ضریب فشردگی بیشتر از مقادیر بهدستآمده از تئوري پتانسیل جریان است.
