بخشی از مقاله
خلاصه
در سازه های اندازه گیری دبی جریان با مقطع کنترل، بین عمق ودبی جریان رابطه ای ایجاد می شود که این رابطه مبنای محاسبه دبی است. یکی از جدیدترین سازه هایی که برای اندازه گیری جریان پیشنهاد گردیده، فلوم های گلو بلند می باشد. افت انرژی کم این سازه نسبت به سازه های مشابه، ، نصب آسان و هزینه ساخت اندک از مزایای اینگونه فلوم ها محسوب می شود. به منظور شبیه سازی وکالیبره نمودن اینگونه فلوم ها از برنامه کامپیوتریWin flume که بر اساس تئوری هیدرولیک جریان است، می توان استفاده نمود.
در این تحقیق جهت بررسی توانایی این مدل ریاضی در برآورد دبی جریان عبوری از فلوم های گلو بلند از داده های آزمایشگاهی استفاده گردیده است. به منظور جمع آوری داده های مورد نیاز ابتدا مدل فیزیکی در دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران ساخته شد و آزمایشات گسترده ای بر روی 11 نوع فلوم گلو بلند انجام گرفت. فلوم ها با دو ارتفاع گلوگاه با سه شیب بالادست و سه شیب پایین دست به ترتیب مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج بدست آمده نشان می دهد که مدل مذکور توانایی خوبی جهت شبیه سازی هیدرولیک جریان و برآورد دبی جریان عبوری از فلومهای گلو بلند را داشته و متوسط خطا در برآورد دبی جریان عبوری از فلوم با استفاده از رابطه دبی- اشل ارائه شده در مدل ریاضی مذکور 10/6 درصد می باشد. به عبارت دیگر مقایسه انجام شده در تحقیق حاضر روی نتایج آزمایشگاهی حاصل از این تحقیق و نتایج حاصل از شبیه سازی جریان با استفاده از مدلWin flume ، نشان میدهد، که مدل مذکور توانایی خوبی - متوسط خطا 10/6 درصد - جهت برآورد دبی جریان عبوری از فلوم گلو بلند را دارد.
در این تحقیق با معرفی مشخصات هندسی 11 فلوم به مدل ریاضی Win flume و همچنین شرایط هیدرولیکی جریان و زبری بدنه کانال به مدل مذکور،شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از Win flume پرداخته می شود. بررسی خطای ترسیم شده در مقابل دبی جریان نشان می دهد با افزایش دبی جریان عبوری از میان فلوم، خطای برآورد دبی جریان کاهش می یابد. همچنین مقدار دبی برآورد شده توسط مدل Win flume در تمامی حالتها بیشتر از مقدار واقعی آن می باشد.
نتایج محققین دیگر نیز نشان می دهد مقدار حداکثر و حداقل خطا بین دبی شبیهسازی شده و دبی اندازه گیری شده به ترتیب 5 و 25 درصد می بوده و متوسط خطا 13 درصد میباشد. بنابراین بررسی نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که از مدلWin flume میتوان جهت شبیه سازی هیدرولیک جریان عبوری از فلوم های گلو
بلند و کالیبره نمودن آن استفاده کرد.
1-1 مقدمه
برای اندازه گیری دبی جریان در کانالها از تجهیزات و سازه های مختلفی می توان استفاده کردکه برای مثال می توان به مولینهها، سرریزها، روزنه با بار ثابت، فلوم ها و غیره اشاره نمود.
فلومها به دو گروه اصلی رده بندی می شوند: -1فلومهای گلو کوتاه -2فلومهای گلو بلند1
ازفلوم های گلو کوتاه میتوان به پارشال فلوم، کاتروت فلوم ، H فلوم و غیره اشاره کرد.
فلومهای گلوبلند معمولا از جنس بتن ساخته می شوند، این سازه ها بطور عرضی در مسیر جریان آب در کانالها قرار می گیرد. فلومهای گلو بلند از لحاظ تکنیکی به عنوان سرریز لبه پهن عمل می کنند و ایجاد بر آمدگی در محل گلوی فلوم ، جریانی را با عمق بحرانی ایجاد می کند که منجر به ایجاد ارتباط بین سرعت ها و نسبت های جریان میشود
مطالعات در مورد سازه های اندازه گیری دبی جریان در کانالهای روباز، مانند سرریزهای لبه پهن2 و فلوم های گلو بلند با سطح مقطع مختلف بوسیله محققین مختلفی مانند باس - - Bos, 1977, 1978 ، باس و رینینک - Bos and Reinink, 1981 - ، کلمنس و ریپلوگل - Clemmens and Replogle, 1986 - گزارش شده است.
در تمامی این مطالعات به منظور بدست آوردن رابطه بین پارامترهای هندسی و هیدرولیکی از آزمایشات فیزیکی استفاده شده است. همچنین باس و همکارانش - Bos et al., 1984 - یک تئوری برای تعیین دبی جریان عبوری از این گونه فلوم ها را تشریح نمودند .عصاره و کاشفی پور - - 1385در تحقیقی به بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان در فلومهای گلو بلند در شرایط آزاد و مستغرق پرداختند.
در شکل 1 پروفیل طولی فلوم گلو بلند را نشان می دهد، که در آن پارامترهای مورد استفاده در این تحقیق مانند طول گلو - L - ، ارتفاع آب پایه مدل - - P، تبدیل همگرا در بالادست و تبدیل واگرا در پاییندست، ارتفاع انرژی در بالادست - - H1 و سایر پارامترها در آن نشان داده شده است.
شکل-1 پروفیل طولی فلوم گلو بلند
الختیب - Al-Khatib, 1989 - رابطه دبی-اشل را برای فلوم گلو بلند با سطح مقطع مستطیلی بصورت زیر ارائه نمود:
در رابطه 1، Q دبی جریان، H1 ارتفاع انرژی در مقطع اندازه گیری، b عرض فلوم و Cd ضریب دبی جریان می باشد.
در سالهای اخیر استفاده از فلوم های گلوبلند افزایش یافته و این سازه جایگزین مناسبی برای پارشال فلومها و دیگر وسائل اندازه گیری جریان شده است
2-1 مزایای فلوم های گلو بلند
1. این فلوم ها کمترین مقدار افت بار را نسبت به فلوم های دیگر دارا می باشند و با دقت کافی از تئوری هیدرولیکی می توان این مقدار افت بار را برآورد کرد
.2 برای هرگونه فلوم هندسی شکل می توان دبی را تا %2 دبی واقعی محاسبه کرد
3. هفت شکل مقطع عرضی مختلف، برای مقطع کانال نزدیک شونده1 و مقطع کانال پایین دست فلوم2 موجود می باشد همچنین چهارده شکل مقطع کنترل3 شامل دایره ای ، سهمی شکل، ذوزنقه ای و شکل های ترکیبی موجود می باشد
4. این فلوم ها در حال حاضر ارزانترین سازه ای هستند که می توانند تحت شرایط مشابه هیدرولیکی جریان را در بالا دست اندازه گیری نمایند
در شکل - - 2 چند نوع مقطع عرضی مختلف برای فلوم های گلوبلند نشان داده شده است،همچنین در شکل - 3 - یک فلوم با گلوگاه مثلثی - Triangular throated flume - در ایالت فلوریدا نشان داده شده است.
شکل - - - 2 چند نوع مقطع عرضی مختلف برای فلوم های گلوبلند
