بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از مسائلی که در دهانه آبگیر وجود دارد کاهش راندمان آبگیری به علت تشکیل جریانهای ثانویه در دهانه آبگیر است. عدم یکنواختی سرعت بین بالادست و پایین دست دهانه آبگیر دلیل تشکیل جریانهای ثانویه است. هر اقدامی که باعث یکنواختی سرعت بین بالادست و پایین دست آبگیر شود، سبب می شود که از قدرت این جریانها کاسته شده و در نتیجه رسوبات کمتری در دهانه آبگیر تجمع پیدا کرده و راندمان آبگیری افزایش یابد.
در این تحقیق به بررسی جریان در دهانه آبگیر ۶۵ و ۰۹ درجه با گردشدگی ورودی به شعاعهای ۰۱، ۵۱ و ۰۲ سانتیمتر پرداخته و با محاسبه ضریب تصحیح انرﮊی جنبشی - آلفا - و ضریب تصحیح مومنتم - بتا - ،شعاع بهینه که باعث یکنواختی بیشتر جریان در این دو آبگیر میشود مشخص شد. در یک نتیجه گیری کلی در آبگیر ۶۵ درجه ضرایب در شعاع ۰۲ سانتیمتر و در آبگیر ۰۹ درجه این ضرایب در شعاع ۰۱ سانتیمتر به عدد یک نزدیکتر بوده و باعث یکنواختی بیشتر جریان می شوند.
۱- مقدمه
در بسیاری از تاسیسات هیدرولیکی تعیین ساختار جریان از کانال اصلی به کانالهای جانبی از اهمیت بالایی برخوردار است. آبگیرها عموما در شبکه های توزیع آب، کانالهای آبیاری ، شبکه های فاضلاب ، تأسیسات مربوط به تصفیه خانههای آب و فاضلاب، ورودی به تأسیسات تولید برق و غیره مورد استفاده قرار میگیرند. هنگامی که جریان سیال از کانال اصلی به کانال فرعی وارد میشود، یک ناحیه محدود به نام ناحیه جداشدگی جریان از دیواره ایجاد می گردد. در این ناحیه از جریان، ذرات سیال در فاصله ای از دیواره به دور خود در حرکت میباشند، و در واقع این ناحیه از کانال جانبی تاثیری در مقدار تخلیه جریان نخواهد داشت
به عبارت دیگر ناحیه جداشدگی از سطح مقطع مؤثر آبگیر میکاهد. ناحیه جداشدگی جریان بر روی تجمع رسوب نیز مؤثر است. عدم کنترل رسوبات ورودی به آبگیرها موجب انتقال آن به داخل کانالهای آبیاری و تاسیسات شده و مشکلات زیادی را در نتیجه حمل رسوبات و یا ته نشین شدن آنها در قسمتهای مختلف به وجود میآورد. بنابراین در طراحی بسیاری از تاسیسات هیدرولیکی تعیین ساختار جریان منشعب شده از یک کانال اصلی به کانال های جانبی از اهمیت بالایی بر خوردار است و با تعیین زاویه بهینه انحراف آبگیرها میتوان به ساختاری دست یافت که کمترین میزان جداشدگی جریان وبه دنبال آن کمترین میزان تجمع رسوب در دهانه آبگیر بدست آید.
عدم یکنواختی سرعت بین بالادست و پایین دست دهانه آبگیر دلیل تشکیل جریانهای ثانویه است. هر اقدامی که باع ث یکنواختی سرعت بین بالادست و پاییندست آبگیر شود، سبب میشود که از قدرت این جریانها کاسته شده ودر نتیجه رسوبات کمتری در دهانه آبگیر تجمع پیدا کرده و راندمان آبگیری افزایش یابد. از جمله اقداماتی که برای کم کردن جریانهای ثانویه در دهانه آبگیر انجام شده است، نصب صفحات مستغرق است که باعث کاهش قدرت جریانهای ثانویه ودر نتیجه کاهش تجمع رسوب در دهانه آبگیر میشود.
هگر - ١٩٨٧ - با یک حل آنالیزی ضریب عرض مؤثر در ناحیه جداشدگی و نسبت ضریب کاهش دبی را نتیجه گرفت ]۱.[ رامامورتی و ساتیش - ١٩٨٨ - برای جریان در کانالهای شاخهای و فرعی معادلات مومنتم جدایی را دنبال کردند. جریان بحرانی در شاخه پاییندست مورد بررسی قرار گرفت، که سهم مومنتم کانال فرعی با افزایش نسبت دبی فرعی افزایش مییافت
اینگل وماهانکال - ١٩٩٠ - به این مسئله که پیشبینی بالا نمیتواند برای فرودهای کوچک و ضریب انقباض ماکزیمم در عرض در همه جریانهای انحرافی مورد استفاده قرار گیرد اشاره کرد
نییری و اودگارد - ١٩٩٣ - یک تحقیق آزمایشگاهی از ساختار جریان با زاویه انحراف ٩٠ درجه در کانال باز انجام دادند. نتایج اندارهگیری سرعت در یک فلوم آزمایشگاهی نشان داد که جریان در یک انحراف کانال باز سهبعدی است
کشاورزی و حبیبی - ۵۰۰۲ - آزمایشاتی را روی آبگیر با زوایای ۵۴، ۶۵، ۷۶ ،۹۷ و۰۹ درجه در شرایط انتها بسته ودر نسبت دبیهای مختلف انجام دادند و زاویه بهینه آبگیری را در شرایط کمترین جداشدگی، ۶۵ درجه بدست آوردند. همچنین آنها به این نتیجه رسیدند که با افزایش زاویه آبگیری جداشدگی از دهانه پاییندست به دهانه بالادست منتقل میشود ب۵م. از جمله پارامترهایی که میزان یکنواختی جریان را مشخص میک ند ضرایب تصحیح انرﮊی - α - و تصحیح مومنتم - β - میباشد .
هر چه این ضرایب در دهانه آبگیر به عدد یک نزدیکتر باشد، جریان یکنواختتر است و در نتیجه قدرت جریان چرخشی کمتر و مقدار جداشدگی جریان کمتر خواهد بود. در این تحقیق بررسی اثر گردشدگی دهانه ورودی آبگیر بر روی تغییرات ضرایب آلفا و بتا در دهانه آبگیر ۶۵ و ٩٠ درجه مورد توجه قرار گرفته است.
٢- روش آزمایش
لبههای بالادست ورودی آبگیرها باید طوری با شعاع معین گرد شود که قوس ایجاد شده بر راستای کانال فرعی و کانال اصلی مماس باشد همچنین لازم به ذکر است که چون در آزمایشاتی که کشاورزی وحبیبی - ۵۰۰۲ - انجام دادند، به این نتیجه رسیدند که در پایین دست ورودی آبگیر ٩٠ درجه کمترین جداشدگی وجود دارد ،بنابراین لبه قسمت پایین دست کانال فرعی طوری گرد شده که قوس ایجاد شده از یک طرف بر راستای کانال فرعی مماس باشد و از طرف دیگر بر راستای کانال اصلی عمود باشد به عبارت دیگر لبه پاییندست قسمت ورودی حالت قائمه داشته باشد.
بنابراین لبه پاییندست ورودی کانال فرعی ٩٠ درجه، احتیاج به گردکردن ندارد. زاویه ۶۵ درجه نزدیک به زاویه بهینه ای است که کشاورزی و حبیبی - ۵٢٠٠ - به عنوان زاویه بهینه با کمترین جداشدگی جریان انتخاب کردند. همچنین زاویه ٩٠ درجه معمولا برای آبگیری از کانال اصلی انتخاب میشود. بنابراین این دو زاویه برای انجام آزمایشات انتخاب شد. با توجه به مقدار جداشدگی جریان در تحقیقات کشاورزی و حبیبی - ۵٢٠٠ - شعاعهایجطض ١٠، ۵١ و ٢٠ سانتیمتر برای این تحقیق در نظر گرفته شد. دهانه ورودی این دو آبگیر با شعاع ٢٠ سانتیمتر در شکل ١ نشان داده شده است.
شکل ١ : مدل فیزیکی استفاده شده در این تحقیق
بعد ازاینکه شعاع مورد نظ ر در کانال با زاویه معین ایجاد شد، با استفاده از دریچههای انتهای کانال اصلی و فرعی میزان دبی وعمق آب در دو کانال تنظیم گردید. برای حالت انتها بسته عمق کل جریان ۶۱ سانتیمتر و دبی عبوری از کانال ۴۱ لیتر بر ثانیه و در شرایط کانال با انتهای باز، آزمایشات در نسبت دبیهای ٨٠-۰۲ ،۰۶-۰۴، ۰۴-۰۶، ٢٠-٨٠ مورد بررسی قرار گرفت. در هر مورد رقم اول از سمت چپ بیانگر درصد خروجی جریان از انتهای کانال اصلی و رقم دوم بیانگر درصد دبی کانال فرعی میباشد.
