بخشی از مقاله
چکیده
پدیده رسوب گذاری در مخازن سدها مهمترین عامل کاهش عمر مفید سد و حجم ذخیره آن میشود که از مهمترین عوامل رسوبگذاری در سدها، جریان های غلیظ یا کدر میباشند. جریانهای غلیظ زمانی رخ میدهند که سیالی درون سیال دیگر با چگالی متفاوت حرکت کند. در صورتی که سیال وارد سیالی با چگالی کمتر شود جریان غلیظ از نوع زیرگذر میباشد.
در زمینه بررسی جریان غلیظ در حالتی که سیال پیرامون نیز در جریان است مطالعاتی انجام نشده است، لذا این تحقیق با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی و در نظر گرفتن 3 دبی ورودی سیال پیرامون ، 3 دبی سیال غلیظ، 3 شیب و 3 غلظت اولیه، به تخمین سرعت پیشانی جریان غلیظ در حالتی که سیال پیرامون خلافجهت با جریان غلیظ در حرکت است پرداخته و سپس آن را با حالتی که سیال پیرامون ساکن است مقایسه میکند.
-1 مقدمه
اگر سیالی با چگالی معلوم وارد سیالی دیگر با چگالی متفاوت شود، بسته به تفاوت چگالی ورودی ممکن است به صورت زیرجریان،1 میان جریان2و یا روجریان3 درآید. به این جریانها جریانهای غلیظ4 اطلاق میشود. در این حالت سیال وارد شونده به درون سیال دیگر را سیال غلیظ5و سیال پذیرنده را سیال پیرامون6مینامند. اختلاف چگالی ممکن است ناشی از دما، مواد معلق، مواد محلول و یا ترکیبی از آنها باشد.
از آنجاییکه عملا اختلاف در وزن مخصوص و یا در واقع تأثیر شتاب ثقل بر روی اختلاف چگالی باعث ایجاد این گونه جریانها میشود، لذا به این جریانها، جریانهای ثقلی 7 هم گفته میشود. اگر اختلاف دانسیته به علت مواد معلق باشد به این جریانها، جریانهای گلآلود اطلاق میگردد. جریان های کدر ایجاد شده در مخازن سدها اغلب از نوع جریان های زیر گذر می باشند. این گونه جریان ها دارای سه بخش اصلی پیشانی3، بدنه4 و نقطه غوطه وری5 می باشند. شکل 1 اجزاء اشاره شده در جریان های غلیظ در مخازن سدها را نشان میدهد.
شکل -1 جریان غلیظ در مخازن سدها
جریان غلیظ دارای شباهتهایی با جریان در مجاری رو باز است ولی با آن تفاوت اساسی دارد و این تفاوت از آنجا ناشی می شود که سیال پیرامون تأثیر کاهندهای روی نیروی ثقل دارد. براین اساس شتاب ثقل مؤثر بر جریان که به عنوان نیروی محرک در جریان غلیظ و یا دانسیته مطرح میباشد به صورت زیر بیان میشود:
که در رابطه فوق t جرم واحد حجم سیال غلیظ ، a جرم واحد حجم سیال پیرامون، g شتاب ثقل موثر یا کاهش یافته میباشد.
پارامتر مهم در بررسی پیشانی جریان غلیظ، میزان سرعت پیشروی پیشانی میباشد. کولگان - 1957 - تحقیقاتی بر روی چگونگی حرکت آب نمک در یک کانال بدون شیب انجام داد. وی مشاهده نمود که دماغه پیشانی جریان به سرعت به شکل نوک تیز و برآمده نسبت به قسمت پشت پیشانی جریان در میآید. شکل پیشانی جریان در طی حرکت ثابت میماند و رقیقتر شدن جریان موجب پراکندگی آن میگردد.[1] نتایج تحقیقات وی در رابطه زیر ارائه شده است:
که در آن، U f سرعت پیشانی جریان، Cc ضریب تجربی، g شتاب ثقل موثر و H f ضخامت پیشانی جریان میباشد.
وی با انجام آزمایشهای مختلف مقدار 0.7 را برای Cc پیشنهاد کرد.
قمشی - 1995 - در بررسی آزمایشگاهی در کانالی به طول 4/1 متر و عمق 55 سانتی متر و عرض 43 سانتی متر با شیب کف ثابت و برابر 0/00635 و استفاده از جریان غلیظ رسوبی و جریان غلیظ آب نمک و نیز استفاده از دادههای سایر محققین، برای سرعت پیشانی جریان رابطه زیر را بدست آورد
سروری نژاد - 1391 - با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی به طول 6 متر به بررسی رفتار جریان غلیظ و خصوصیات آن در مقاطع همگرا ، در شیبها ، غلظتها ، زوایای همگرایی و در دبیهای مختلف پرداخت. نتایج تحقیقات ایشان برای تخمین سرعت پیشانی جریان به صورت رابطه زیر میباشد :
دریایی - - 1393 با استفاده از یک مدل فیزیکی به بررسی اثر مشترک زبری و مانع به منظور کنترل جریان غلیظ پرداخت و رابطه - 6 - را به منظور محاسبه سرعت پیشانی جریان غلیظ ارائه داد :[5]
در تمامی معادلات 3 تا 6، g شتاب ثقل موثر، U f سرعت پیشانی جریان، hf ضخامت پیشانی جریان غلیظ، زاویه همگرایی، Ks اندازه زبری و q دبی در واحد عرض جریان غلیظ است.
هرچند امروزه تحقیقات متعددی بر روی خصوصیات جریان غلیظ و شناخت هرچه بیشتر این پدیده انجام شده است اما در زمینه بررسی جریان غلیظ در حالتی که سیال پیرامون نیز در جریان است مطالعاتی انجام نشده است، لذا این تحقیق به تخمین سرعت پیشانی جریان غلیظ و مقایسه آن با حالت سیال پیرامون ساکن میپردازد.
-2 مواد و روشها
آنالیز ابعادی
متغیرهای موجود برای آنالیز ابعادی سرعت پیشانی مطابق با معادله - 7 - میباشد.
که در رابطه فوق S شیب کف، g شتاب جاذبه ، qt ، t به ترتیب جرم واحد حجم، دبی در واحد عرض و لزجت
سینماتیکی سیال غلیظ ، a ، qa به ترتیب جرم واحد حجم و دبی در واحد عرض سیال پیرامون ، hf و U f به ترتیب ارتفاع و سرعت پیشانی جریان غلیظ میباشند.
با استفاده از روش باکینگهام و مروری بر منابع انجام شده، پارامترهای بدون بعد به صورت زیر مورد نظر قرار
در رابطه فوق U f h f عدد رینولدز برای پیشانی میباشد و با توجه به جریان در تمامی آزمایشات از نوع آشفته میباشد، از اثر عدد رینولدز در تمامی آزمایشات صرف نظر گردید. نظر به اینکه در این تحقیق سیال پیرامون و سیال غلیظ در حین آزمایشات هر دو در حال حرکت هستند لذا از سرعت نسبی - مجموع سرعت سیال پیرامون و سرعت سیال غلیظ - در تجزیه و تحلیل دادهها استفاده شد. همچنین با توجه به اینکه سرعت نسبی دربرگیرنده دبی در واحد عرض میباشد پارامتر بی بعد qt از رابطه - 8 - حذف گردید
