مقاله در مورد آزمایش کانال روباز

word قابل ویرایش
22 صفحه
4700 تومان

آزمایش کانال روباز

آزمایش کانال روباز :(بررسی جریانهای مختلف در یک کانال)
مقدمه :
جریان با سطح آزاد معمولاً به جریانی از مایعات اطلاق می شود که قسمتی از آن به نام سطح ازاد صرفاً تحت فشار معینی باشد . جریان در اقیانوسها و رودخانه ها و نیز جریان مایعات در لوله هایی که کاملاً پر نشده اند جریان با سطح آزاد هستند که در آنها قسمتی از مرز جریان تحت فشار اتمسفر قرار دارد . جریان در کانالهای روباز انواع بسیار متنوعی دارد . از جریان آب بر روی سطح یک زمین شخم زده در هنگام بارندگی شدید تا جریان با عمق ثابت در یک کانال منشوری بزرگ . این

جریانها را می توان به انواع دائمی و غیردائمی یکنواخت و غیریکنواخت تقسیم بندی کرد . جریان دائمی یکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان و عمق آن در طول کانال تغییر نمی کند . این نوع جریان در کانالهای منشوری بسیار طویل رخ می دهد . در چنین کانالهایی پس از طی

مسافتی ، نیروی مقاوم اصطکاک با نیروی محرک جاذبه ثقل برابر شده سرعت جریان به سرعت حد می رسد . از آن پس یک جریان یکنواخت یعنی جریانی با عمق و سرعت ثابت برقرار می شود که در آن افت ارتفاع اصطکاکی با افت ارتفاع هندسی سبز کانال برابر است . عمق جریان دائمی یکنواخت را عمل نرمال گویند . جریان دائمی غیریکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان تغییر می کند .اما عمق آن در طول کانال تغییر می نماید . این نوع جریان در کانالهای غیرمنشوری و سطوحی ابتدایی و انتهایی کانالهای منشوری رخ می دهد . جریان غیریکنواخت را اصطلاحاً جریان

متغیر نامیده اند . جریان های متغیر را می‌توان به دو دسته متغیر تدریجی و متغیر سریع تقسیم بندی کرد . در جریان تدریجی عمق یا مقطع جریان تدریجاً تغییر می کنند . در جریان متغیر سریع ، سرعت و عمق جریان در فاصله کوتاهی از طول کانالهای سریعاً تغییر می کنند ، مانند جریان در یک تبدیل ، جریان غیردائمی یکنواخت بندرت رخ می دهد . جریان غیردائمی غیریکنواخت فراوان است اما تحلیل آن مشکل است .
اگر سرعت جریان کمتر از سرعت انتشار یک موج کوچک در کانال باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک در خلاف جهت جریان بالا دست حرکت کنند و شرایط جریان در بالادست تغییر دهند ، جریان را کند یا دوخانه ای گویند . در این نوع جریان ، شرایط بالادست متاثر از پایین دست است ، به عبارت دیگر ، جریان از پایین دست کنترل می‌شود . اگر سرعت انتشار امواج باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک همراه با مایع به پایین دست رفته شوند جریان را تند یا سیل آسا گویند . در این نوع جریان تغییرات کوچک در شرایط پایین دست ، شرایط بالادست را تغییر می دهد . به عبارت دیگر جریان از بالا

دست کنترل می شود . اثر سرعت جریان با سرعت انتشار امواج کوچک برابر باشد جریان را بحرانی گویند . برای طبقه بندی فوق از اصطلاحات زیر بحرانی و فوق بحرانی نیزاستفاده می شود . جریان کند که سرعت آن از سرعت بحرانی کمتر است را زیر بحرانی و جریان تند که سرعت آن از سرعت بحرانی بیشتر است را فوق بحرانی گویند . سرعت درونی کانال صفر است و عموماً با افزایش فاصله از آن افزایش می یابد ، سرعت حداکثر که در روی سطح ازاد بلکه پایین تر از آن و معمولاً به فاصله ای حدود ۰۵/۰ تا ۲۵/۰ عمق از آن رخ می دهد . سرعت متوسط در روی یک خط قائم را با اندازه گیری سرعت جریان در ۶/۰ عمق تعیین می کنند .

 

هدف :
هدف از آزمایش آشنایی با قوانین حاکم بر جریان در کانالهای باز ، انواع جریانها و دسته بندی آنها ، یافتن عمق بحرانی ، مشاهده و تجزیه و تحلیل پرش هیدرولیکی و همچنین بررسی نیرو دریچه ها می باشد .

تئوری و تجزیه و تحلیل :
برای کانالهای باز اشکال هندسی مختلفی استفاده می شود مانند مقطع ذوزنقه ای که خود شامل مقطع مستطیلی و مثلثی است . مقطع دایره ای ، مقطع سهمی شکل ، هر کدام از این مقاطع برای کار بخصوصی در نظر گرفته می شود . مثلاً در بیشتر کانالهای آبیاری ، نهرها و مقاطع ذوزنقه ای استفاده می شود و در سیستم های جمع آوری فاضلاب از مقاطع دایره ای استفاده می شود . مقطعی که به ازاء سطح یکسان محیط کمتری داشته باشد ، اصطکاک کمتری ایجاد

می کند و لذا ظرفیت انتقال دبی بیشتری را دارد . بطور کلی هزینه های احداث یک کانال عبارتند از هزینه پوشش کانال که متعامل با محیط آن است . با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم اگر سطح مقطع حداقل باشد ، محیط نیز حداقل است . با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم ، اگر سطح مقطع حداقل باشد . محیط نیز حداقل خواهد بود و لذا هزینه خاکبرداری و هزینه پوشش کانال همزمان به حداقل می رسند . مقطعی که در بین مقاطع هم شکل خود ، حداقل سطح یا محیط را داشته باشد بهترین مقطع هیدرولیکی نامیده می شود . فرمول آن به صورت زیر است :

محاسبات و نتایج :
مرحله اول : بدون مانع :
اندازه عمق های مختلف :
y میانگین =
دبی اندازه گیری شده
اندازه گیری های بعدی:

برای بدست آوردن ضریب مانینگ

مرحله دوم : با مانع :
اندازه عمق های مختلف :

عمق آب قبل از پرش هیدرولیکی :

عمق آب بعد از پرش هیدرولیکی :

عمق های بعد از پرش هیدرولیکی :

دبی اندازه گیری شده :‌

زمانی که دبی را کم می کنیم ، داده های زیر اندازه گیری شد .

ارتفاع قبل از پرش :

ارتفاع بعد از پرش :

زمانی که دبی را کم کرده ایم داده های زیر اندازه گیری شد .
ارتفاع قبل از پرش :

ارتفاع بعد از پرش :‌

زمانی که دبی را کمتر کردیم ، داده های زیر اندازه‌گیری شد .
ارتفاع میانگین قبل از پرش هیدرولیکی :

ارتفاع میانگین بعد از پرش هیدرولیکی :

ارتفاع های بعد از پرش :

برای بدست آوردن منحنی عمق بحرانی به دبی باید عمق های بحرانی را در هر دبی با توجه به فرمول بدست آورد . ، ،

برای بدست آوردن در دبی حداکثر عدد فرود را بدست می آوریم ، سپس عدد فرود را نوشته و سرعت را بدست می آوریم ، از طریق دبی حداکثر و سرعت سطح مقطع را بدست می آوریم و سپس را بدست می آوریم :
ارتفاع آب قبل از پرش :
ارتفاع آب بعد از پرش :

علت اختلاف بین ناشی از فرمول و ناشی از اندازه گیری عملی مربوط به فرمول می باشد . چون فرمول ها در آزمایش دقت کافی ندارند . به کمک این آزمایش چگونگی وقوع پرش هیدرولیکی ، عمق های بحرانی و تاثیرات عدد فرود مشخص گردید . این آزمایش نشان داد با تغییر دبی چگونه تمام قسمت های دیگر مساله ممکن است تغییر نمایند .

محاسبات آزمایش افت اصطکاک در لوله ها :

۱٫۳۳×۱۰

۰٫۳۳۵ ۰٫۲۶۸
۱٫۱۶×۱۰
۰٫۲۶۲ ۰٫۴۴۸ ۰٫۱۹۳
۸٫۳۳×۱۰
۰٫۱۵۶ ۰٫۱۴۴ ۰٫۱۲۲
۶٫۴×۱۰
۰٫۱۰۳ ۰٫۰۹۴ ۰٫۰۷۴
۵×۱۰
۰٫۰۶۷ ۰٫۰۶۲ ۰٫۰۵۱

‌ و
پس جریان در هم است .

Re F
1.33×۱۰
۱٫۳۵ ۱۵۰۴۸٫۲۶۲ ۰٫۰۳۴۹
۱٫۱۶۶×۱۰
۱٫۱۸ ۱۳۱۵۷٫۴۹۷ ۰٫۰۳۵۵
۸٫۳۳۳×۱۰
۰٫۸۴ ۹۳۹۸٫۲۱۲ ۰٫۰۳۷۵
۶٫۴×۱۰
۰٫۶۹ ۷۲۱۸٫۲۷۲ ۰٫۰۳۷۵
۵×۱۰
۰٫۵۰۷ ۵۶۳۸٫۲۹۷ ۰٫۰۴۱۵
محاسبات تئوری :
برای داریم :

× =خطا

برای :
خطا

برای :
خطا

برای :
خطا

برای :
خطا

 

برای :
خطا

برای لوله های ۴-۳ داریم :

× =خطا

برای :
خطا

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 22 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد