بخشی از مقاله
چکیده
در جریان هاي کم، ذرات بستر هیچ گونه حرکتی نداشته و در محل خود ثابت می باشند، با افزایش شدت جریان - در نتیجه افزایش سرعت جریان - ذرات بستر شروع به حرکت خواهند کرد این حرکت ابتدا به صورت بالا و پایین آمدن ذره بدون انتقال می باشد ولی با افزایش جریان به تدریج ذرات به طرف پایین دست شروع به حرکت خواهند کرد. لحظهاي را که ذرات شروع به حرکت میکنند اصطلاحاً آستانه حرکت می نامند براي مهندسان هیدرولیک تعیین حد متوسطی بهعنوان شروع حرکت ذره حائز اهمیت است.
در این تحقیق 27 آزمایش با مدل دریچه مورد آزمایش قرار گرفت و در ازمایشهایی که تل ماسهاي ایجاد شده از لحظه اي به بعد صاف شده و ذرات روي تل به سمت جلو حرکت میکرد عمق مربوطه محاسبه شد و با داشتن مقدار عددي دبی و عرض فلوم سرعت استانه حرکت ذره به دست آمد.
.1 مقدمه
لحظهي شروع حرکت ذره را که اصطلاحاً آستانه حرکت میگویند ذرات خاك توسط نیروهاي به وجود آمده در اثر حرکت آب، از بستر خود جدا شده در آستانه حرکت قرار می گیرند و در صورتیکه نیروهاي وارد شده از سوي آب بیشتر از نیروهاي مقاوم باشند ذرات همراه با جریان آب منتقل می شوند شرایط شروع آستانه حرکت ذرات و میزان انتقال آنها، به خصوصیات جریان آب نظیر سرعت، عمق، و نیز خصوصیات شکل کانال یا رودخانه نظیر شعاع هیدرولیکی، شیب و غیره بستگی دارد، براي مهندسان هیدرولیک، آستانه حرکت در مطالعات انتقال رسوب بسیار اهمیت دارد چرا که در صورت داشتن این شرایط می توان شرایط جریان در سازه را طوري طراحی کرد که از ترسیب ذرات رسوبی جلوگیري کرد
از طرفی بدلیل طبیعت تصادفی حرکت در طول یک بستر، تعیین دقیق شرایط جریان که در آن یک ذره رسوب به حرکت در خواهد آمد دشوار است، در نتیجه این شرایط کم و بیش، به تعریف محقق از آستانه حرکت بستگی دارد حرکت اولیه، حرکت چند ذره، حرکت ضعیف و حرکت بحرانی برخی از عبارات بکار رفته توسط محققین مختلف بهعنوان تعریف شرایط آستانه حرکت میباشند
علیرغم این اختلافات در تعریف، پیشرفت زیادي در مطالعه آستانه حرکت در دو زمینه نظري و عملی صورت گرفته است. مطالعات انجام شده در این زمینه به دو روش تنش برشی و سرعت بحرانی میباشد. شیلدز اولین شخصی بود که در زمینه روش تنش برشی مطالعات انجام داد وي بر این باور بود که بیان تحلیلی نیروهاي وارد بر یک ذره رسوبی خیلی مشکل است. او تحلیل ابعادي را براي تعیین بعضی پارامترهاي بیبعد بکار برد و نمودار مشهورش را براي آستانه حرکت ارائه نمود
شکل1نمودار شیلدز براي آستانه حرکت
ایرادهاي اساسی به نمودار شیلدز وارد است از جمله اینکه متغیرهاي وابسته هم در محور طولها وهم در محور عرضها ظاهر می شوند، براساس طبیعت مساله متغیر وابسته میتواند تنش برشی بحرانی یا اندازه ذرات باشد. گسلر - 1965 - نیز مطالعاتی را انجام داد، وي نشان داد که خط نشان دهنده آستانه حرکت در دیاگرام شیلدز بخصوص براي حالتی که جریان کاملاٌ درهم و بستر زبر می باشد باید مقداري اصلاح گردد. شفاعی بجستانی - 1999 - بعدها مانتز - 1977 - و یالین و کاراهان - 1979 - در این زمینه مطالعاتی را انجام دادند و دیاگرام هایی مشابه نمودار شیلدز ارائه کردند، اما تعدادي از دانشمندان علم هیدرولیک به جاي استفاده از تنش برشی، سرعت جریان را به عنوان مهم ترین فاکتور در فرموله کردن آستانه حرکت بکار بردند
روابطی که پیشنهاد گردید عمدتاً بر مبناي تجزیه و تحلیل آنالیز ابعادي و استفاده از دادههاي تجربی بوده است، شفاعی بجستانی نشان داد که شکل عمده این روابط را می توان بهصورت رابطه - 1 - نوشت که در آن VT سرعت آستانه حرکت، GS چگالی نسبی رسوب، ds اندازه ذرات رسوب، g شتاب ثقل، L عمق جریان، a,m ضرائبی هستندکه با استفاده از نتایج آزمایشهاي آزمایشگاهی با شرایط جریان آزاد، بدست میآید.
براي رسیدن به اهداف این، تحقیق ابتدا لازم است تا رابطه کلی براي تعیین شرایط آستانه حرکت استخراج گردد. با استفاده از آنالیز ابعادي میتوان نوشت:
ds, g, µ - =0 VT سرعت آستانه حرکت ذره، ρ جرم واحد حجم آب، ρS-ρجرم واحد حجم مستغرق ذره، y عمق آب، b عرض کانال که در این تحقیق مقدار آن ثابت در نظر گرفته شد، ds قطرمتوسط ذرات، S شیب کانال، g شتاب ثقل زمین، µ لزجت دینامیکی سیال میباشد، با بکار بردن تئوري باکینگهام ، رابطه - 2 - را میتوان به رابطه بدون بعد تبدیل نمود.
در این رابطه Gs چگالی نسبی ذرات، نسبت اندازه ذره به عمق جریان که بیشتر به زبري نسبی معروف میباشد S شیب کانال و Re عدد رینولدز ذره میباشد.
پس از انجام آزمایش ها، و اندازهگیري عمق و فاصله در زمانهاي متناظر، پروفیل آبشستگی ترسیم شد در بین این پروفیلها، پروفیل هایی که از زمانی به بعد تل ماسه پاییندست شروع به صاف شدن میکند و ذرات به جلو حرکت میکند مانند شکل - - 2 از اولین لحظه صاف شدن تل عمق مربوطه اندازهگیري میشود.
شکل - 2 - پروفیلهاي آبشستگی براي دو باز شدگی 1.7 و 2.7
جدول - - 1 داده هاي اندازه گیري شده این آزمایش را نشان میدهد، با داشتن عمق، دبی و عرض فلوم میتوان سرعت را از رابطه V= بدست آورد. که در آنQ دبی،W بازشدگی دریچه،Tw عمق پایاب، t زمان وy عمق لحظه اي که تل ماسه صاف میشود.
