بخشی از مقاله
چکیده
یکی از انواع سازههای مستهلک کننده انرﮊی در پایین دست سدها، حوضچههای استغراق می باشد. در این سازهها پس از سقوط جت بداخل حوضچه و ایجاد جریان متلاطم و نوسانی، انرﮊی مازاد جریان مستهلک و همچنین فشارهای دینامیکی نوسانی قابل توجهی در کف و دیوارههای حوضچه ایجاد میشود. در تحقیق حاضر با استفاده از مدل فیزیکیتعیین توزیع فشارهای دینامیکی جتهای قائم دایرهای در حوضچههای استغراق تحت اثر عوامل مؤثر شامل دبی - - Q، قطر افشانک - - Do، عمق آب در حوضچه - - y،عمق حوضچه - - W و مخصوصاﹰ عرض کف - - B مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که کاهش عرض کف در محدوده معینی، بر میانگین فشارهای دینامیکی کف و توزیع دو بعدی فشارهای کف در جهت جریان و عمود بر آن تأثیر قابل توجهی ندارد ولی باعث کاهش فشار وارد بر دیوارههای جانبی حوضچه میشود.
کلید واﮊه ها: حوضچه استغراق جت قائم‚فشاردینامیکی‚استهلاک انرﮊی.
۱- مقدمه
انتخاب و طراحی بهینه سازههای مستهلک کننده انرﮊی به منظور ایمنی و پایداری سدهای بزرگ دارای اهمیت زیادی میباشد ۱. یکی از سازههای مستهلک کننده انرﮊی درپایین دست جریانهای ریزشی،حوضچههای استغراق میباشد.جریان ریزشی جت آب پس از سقوط در آتمسفر وارد حوضچه شده و انرﮊی مازاد جریان در اثراصطکاک هوا، هواگیری در اتمسفر و حوضچه، برخورد به سطح آب وکف حوضچه، نفوذ و پخش درحوضچه وایجادجریان متلاطم و نوسانی مستهلک میشود ۲.حوضچههای استغراق اغلب در بستر طبیعی رودخانهها ساخته میشود لذا چنانچه بتوان جهت استهلاک انرﮊی مازاد جریان از این سازهها استفاده کرد، به میزان قابل توجهی هزینهها کاهش یافته و از لحاظ اقتصادی مقرون بصرفه میباشد۳.
در اثر برخورد جت به کف حوضچه و تأثیرآن بردیوارهها، فشارهای دینامیکی نوسانی در کف و دیوارههای حوضچه ایجاد میشود. حداکثر فشار دینامیکی و نوسانات آن در ناحیه برخورد جت به کف اتفاق میافتد در واقع این ناحیه تعیین کننده پایداری کف حوضچه میباشد. اساس طراحی هیدرولیکی حوضچههای استغراق بر مبنای تعیین این فشارها و حدود نوسانات آنها تحت تأثیر متغیرهای مختلف و از جمله ابعاد حوضچه میباشد. ویژگی هایی چون غیرهمگنی، ناهمسانی و تغییرات سه بعدی خصوصیات جریان های متلاطم در سازههای مستهلک کننده انرﮊی و همچنین عدم وجود روش کلی مشخص و معینی برای تعیین فشارهای دینامیکی در این سازهها، مانع ا ز مطالعه تحلیلی این گونه جریانها می شود.
در این موارد استفاده از مدل فیزیکی یکی از اساسیترین روشها برای بررسی و مطالعه پارامترهای هیدرولیکی از جمله فشار دینامیکی د راین سازهها میباشد ۴. بررسی کارهای انجام شده در زمینه تعیین فشار دینامیکی در حوضچههای استغراق، نشان میدهد که تأثیر ابعاد حوضچه مخصوصاﹰ عرض کف بر فشارهای دینامیکی بخصوص فشار وارد بر دیوارههای جانبی حوضچه، مورد بررسی قرار نگرفته است. در تحقیق حاضر تعیین توزیع فشارهای دینامیکی کف و دیواره های حوضچه ناشی از جتهای قائم دایرهای در حوضچههای استغراق تحت تأثیر متغیرهای دبی، قطر افشانک، عمق آب در حوضچه، عمق حوضچه و مخصوصاﹰ عرض کف با استفاده از مدل فیزیکی مورد بررسی قرارگرفته است.
۲- بررسی مطالعات انجام شده
خلاصه ای ازکارهای انجام شده و نتایج بدست آمده توسط محققین مختلف در زمینه تعیین فشارهای دینامیکی در حوضچههای استغراق در جدول - ۱ - نشان داده شده است. میانگین فشارهای دینامیکی کف حوضچه با ضریب Cp تعریف شده و رابطه آن بصورت زیر میباشد۲:
۳-مدل فیزیکی
مدل فیزیکی حوضچه استغراق به ابعاد ۰۲۱*۰۲۱ سانتی متر مربع و عمق ۰۶ سانتیمتر از جنس پلکسی گلاس ساخته شده است. چون در این تحقیق تأکید بیشتر بر تأثیر عرض کف بر فشار های دینامیکی کف و دیوارههای حوضچه استغراق میباشد، بنابراین مدل حوضچه بگونهای ساخته شده که بتوان عرض کف را تغییر داده و اثر آن را مورد بررسی قرار داد. بر روی یکی از دیوارهها، باز شدگی به عرض ۰۵ سانتی متر و در ارتفاع ۵ سانتی متری از کف حوضچه ایجاد شده که نسبت به محور مرکزی قائم دیواره متقارن میباشد. بازشدگی مذکور جهت تنظیم عمق آب در حوضچه و تخلیه جریان وارد شده به آن، بکا رمیرود،د رکف و دیوارهها پیزومترهایی بمنظور اندازهگیری فشار نصب شده است.
آب با دبی معین از طریق افشانکهای دایرهای متصل به انتهای لوله رانش پمپ، بصورت جت های قائم دایرهای با حوضچه برخورد کرده و فشارهای نوسانی در کف و دیوارههای حوضچه ایجاد میکند. با توجه به محدوده تغییرات متغیرهای آزمایش شامل قطر افشانک عمق حوضچه، عرض کف و دبی در مجموع ۳۳۱ آزمایش، طبق جدول - ۲ - آنجام و فشارهای پیزومتری حداکثر در کف و دیوارههای حوضچه اندازهگیری، ثبت و مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته است. در شکل - ۱ - مدل فیزیکی حوضچه استغراق نشان داده شده است ۸.[
