بخشی از مقاله
خلاصه
کانالهای جانبی کاربردهای وسیعی در شبکههای انتقال و توزیع آب دارند. نوع جریان در کانال جانبی، جریان متغییر مکانی با افزایش دبی است و پروفیل سطح آب ایجاد شده در آن از فاکتورهای مهم طراحی است. به همین دلیل و به منظور پایین انداختن رقوم سطح آب در کانال، معمولا عرض کف آن را در جهت جریان افزایش میدهند. این امر باعث میشود که کانال مقطع غیر منشوری پیدا کند. در مطالعه حاضر معادله دیفرانسیلی پروفیل سطح آب در کانالهای جانبی غیر منشوری با استفاده از روشهای اولر و رانجکوتا مرتبه چهارم حل شده و نتایج به دست آمده با اطلاعات آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است.
مقدمه:
به جریانهایی که دبی در طول آبراهه آنها تغییر کند، جریانهای متغییر مکانی اطلاق میشود، به عبارت دیگر تغییرات دبی نسبت به فاصله در این نوع جریان مخالف صفر است، بر اساس تغییرات مثبت یا منفی دبی، جریانهای متغییر مکانی به دو گروه طبقه بندی می شوند: جریان های متغییر مکانی با افزایش دبی و جریانهای متغییر مکانی با کاهش دبی. جریان متغییر مکانی، ممکن است ماندگار یا غیر ماندگار باشد.[1] جریان داخل آبروهای کنار جاده، سرریزهای جانبی،لوله های زهکشی،سنگاب شستشو تصفیه آب و فاضلاب و آبگیرهایی که در کف کانالهای آبیاری تعبیه شدهاند، مثالهایی هستند که در عمل برای این نوع جریانها میتوان ذکر کرد.[2]
در این مقاله جریان درون کانال جانبی که از نوع جریان متغییر تدریجی با افزایش دبی میباشد که این نوع سازه برای تخلیه آب اضافی به کار می رود. در سدهای مخزنی، سرریزهای جانبی و کانال آن برای تخلیه طغیان و در شبکههای روباز انتقال و توزیع آب به عنوان سازههای محافظ به کار میروند. آبهای اضافی که به دلایل مختلفی مانند وقوع سیلاب، عدم تطابق عرضه و تقاضای آب، و خاموش شدن پمپهای پایین دست در شبکه انهار ظاهر میشود معمولا توسط سرریزهای جانبی و کانالهای وابسته از سیستم خارج میشود. این سازهها در بالادست تاسیسات مهم شبکه نصب میشوند و آب را به نزدیکترین زهکش تخلیه میکنند. محققین رفتار هیدرولیکی سرریزهای جانبی را با استفاده از معادله اندازه حرکت مورد بررسی قرار دادهاند.
دی مارچی - 1934 - از نخستین کسانی بود که سرریزهای جانبی را با فرض ثابت بودن انرژی در طول سرریز، برای کانالهای افقی مستطیلی، زمانی که بتوان از اصطکاک آن صرف نظرکرد مورد بررسی قرار داد و معادلات زیر را بدست آورد:[3]سوبرامانیا و آوستی - 1972 - خصوصیات هیدرولیکی سرریزهای جانبی را مورد مطالعه قرار دادند و با فرض ثابت بودن انرژی در طول سرریز، ضریب دبی را برای جریان زیر بحرانی و فوق بحرانی بدست آورند. آنها نشان دادند که ضریب دبی در جریان زیر بحرانی تنها به عدد فرود بالادست سرریز - - Fr1 بستگی داشته و در جریان فوق بحرانی ضریب دبی تغییر بسیار کمی را نسبت به Fr1 نشان میدهد. رنگا راجو و همکاران - 1979 - ضریب دبی سرریزهای جانبی لبه تیز و لبه پهن مستطیلی را در شرایط جریان زیر بحرانی مورد مطالعه قرار داده و نشان دادند که ضریب دبی در سرریز های لبه پهن علاوه بر عدد فرود، به نسبت ارتفاع آب بالادست به پهنای سرریز نیز یستگی دارد.
هگر - 1987 - سرریزهای جانبی را با سرریزهایی که در جهت عمود بر جریان قرار میگیرند در صورت ثابت بودن شرایط مورد مقایسه قرار داد و مشاهده کرد که میزان انرژی مخصوص در سرریزهای جانبی بیشتر از سرریزهای معمولی است و عمق جریان در سرریزهای جانبی تقریبا برابر با میزان انرژی مخصوص در سرریزهای معمولی خواهد بود.برقعی و همکاران - 1999 - تاثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی کانال و شکل سرریز را بر ضریب دبی در جریان زیر بحرانی برای سرریزهای جانبی لبه تیز مورد مطالعه قرار دادند و با رسم تغییرات E 2 نسبت به E1 نشان دادند که فرضیه ثابت بودن انرژی برای شرایط ذکر شده صادق می-باشد.[2] مارسولا - - 2002 مدلی را بر اساس برازش منحنی ها برای بدست آوردن پارامترهای هیدرولیکی سرریزهای جانبی ارائه کرد. اوبماز و ماسولا - 1985 - ، هگر - 1994 - و اولیوتیو و همکاران - 2001 - خصوصیات جریان، از روی سرریزهای جانبی در مقاطع دایرهایی را مورد مطالعه قرار دادند.[3] کم است، -4 فرمولهای مقاومت جریانهای یکنواخت برای محاسبه شیب اصطکاک در این نوع جریان نیز صادق هستند، -5 ورود هوا در آب ناچیز در نظر گرفته میشود، -6 جریان ورودی به صورت یکنواخت در طول کانال صورت میگیرد، -7 سطح مقطع کانال هندسی و منشوری است، و -8 جریان دائمی است.
