بخشی از مقاله
چکیده
سرریزها تاثیر بسزایی در ایمنی ساختمانها و تاسیسات پاییندست دارند. هنگام طغیان سیل در صورت ناکافی بودن ظرفیت سرریز، آب از روی سد سرازیر شده و سبب خرابی آن میشود. این امر طراحان را به فکر ساخت سرریزهای با ظرفیت بیشتر بخصوص در سدهای در حال ساخت یا در سدهای دارای سرریز با ظرفیت کم انداخت. با افزایش ظرفیت سرریز، هزینه ساخت سرریز که حدود ۰۲ درصد هزینه کل پروﮊه است، افزایش مییابد. محققان برای کاهش هزینه ساخت، سرریزهای با تاج کنگرهای را پیشنهاد میکنند. شکل هندسی سرریزهای کنگرهای سبب میشود که جتهای ریزشی با هم تداخل داشته و در نتیجه میزان هوادهی افزایش یابد. بنابراین، سرریزهای کنگره ای دارای دو مزیت هیدرولیکی و هوادهی میباشند.
سد زرینهرود نیاز به افزایش سطح نرمال آب تا حدود ٣٥/٢ متر جهت تامین آب مورد نیاز پاییندست دارد. بنابراین، با نصب یک تاج کنگرهای بر روی سرریز اوجی آن می توان بر این مشکل فائق آمد. در این تحقیق، یک مدل فیزیکی با مقیاس ٦٠ :١ برای سد زرینه رود، بر اساس مقادیر بهینه روشهای عددی، تهیه شده است. با استفاده از این مدل سه پارامتر تاثیر ارتفاع پاییندست بر ضریبتخلیه سرریز، محاسبه ضریب تخلیه سرریزهای با طول و شکلهای متفاوت نوک تاج و مقایسه آنها و محاسبه میزان هوادهی سرریزهای کنگرهای و نرمال، بررسی شد. نتایج نشان میدهد که سرریزهای با شکل نوک کرویتر در دبیهای کم ضریبتخلیه بیشتری ودر دبیهای زیاد ضریبتخلیه کمتری را دارا می باشند. همچنین میزان هوادهی سرریزهای مثلثی و ذوزنقهای از سرریزهای نرمال بیشتر است.
١- مقدمه
در هنگام ساخت سدها، توجه به دادههای هیدرولیکی جدید ممکن است با افزایش ماکزیمم سیل ممکن همراه باشد. در سدهای قدیمی، ممکن است ظرفیت سرریز از ظرفیت بهینه و قابل قبولی برخوردار نباشد. گاهی اوقات به منظور افزایش مقدار آب، انرﮊی تولیدی یا هردو، ممکن است نیاز به افزایش سطح نرمال مخزن باشد. بنابراین، ارزیابی یا طراحی سرریز بخصوص در سدهای با عرض محدود ضروری به نظر میرسد. نصب سرریز کنگرهای بر روی سرریز سد یوتا سبب صرفهجویی در قیمت ثابت پروﮊه در حدود ١٠ میلیون دلار شد.
سرریز کنگرهای به صورت یک سری خطوط زیگزاگی در پلان ساخته میشود. این خطوط زیگزاگی یک سری v شکلهای چسبیده به هم را تشکیل میدهند، که به هر شکل v یک سیکل میگویند. با تغییرات دبی، هد روی این سرریزها تغییر چندانی نمی کند و این سبب برتری این سرریزها نسبت به سرریزهایی که نیاز به دریچه تنظیم آب دارند، میشود. ظرفیت یک سرریز تابعی از هد کل، طول سرریز و ضریب تخلیه سرریز میباشد. ضریب تخلیه سرریز نیز به هد کل، ارتفاع سرریز، ضخامت سرریز، شکل تاج، شکل نوک و زاویه لبههای کناری بستگی دارد.
سرریزهای کنگرهای با تداخل جتهای ریزشی در هم، سبب افزایش هوادهی می شوند. اصولاﹰ، هوادهی سبب کاهش پدیده کاویتاسیون در سازههای پاییندست و تداوم زندگی آبزیان پاییندست میشود. سابقه ساخت و استفاده از سرریزهای کنگرهای به قبل از سال١٩٢٠ بر می گردد. هی و تیلور - ١٩٧٢- ١٩٧٠ - اولین افرادی بودند که جامعترین مطالعه را بر روی سرریزهای کنگرهای انجام دادند]٧.[ دارواس - ١٩٧١ - بر روی سرریزهای کنگرهای ذوزنقهای با شکل تاج دایرهای تحقیقاتی به عمل آورد و ضرایبی را برای دبی پیشنهاد کرد]٨.[ ماگالاس و لورینا نمودار طرح جدیدی که از شش سرریز کنگرهای به وجود آمده بود را ارائه دادند.
لوکس و هینچلیف - ١٩٨٥ - برای شکل تاج ربع دایره ای و پلان مثلثی و ذوزنقهای، منحنی های ضریبتخلیه را ارائه نمودند]١٠.[ تولیس و امانیان - ١٩٩٥ - تاثیر طول تاج بر ضریبتخلیه، برای شکل تاج ربع دایرهای در سرریز کنگرهای ذوزنقهای را مطالعه کردند]٦.[ مرعشی - ١٩٩٩ - تغییرات ضریبتخلیه را برای سرریز کنگره ای نیم دایرهای بررسی نمود]١١.[ پیتر و همکاران - ٢٠٠٠-١٩٩٩ - هوادهی سرریزهای کنگرهای را با سرریزهای نرمال معادل مقایسه کردند]١٢[ و]١٣. [
٢- مکانیزم هوا دهی در سرریزها
انتقال اکسیژن و پراکندگی آن در داخل آب تحت تاثیر فرایندهای انتشار مولکولی، آشفتگی یا هردو میباشد. در سطح آب یک اختلاف فشار جزئی بین آب و هوا جهت انتقال اکسیژن مورد نیاز است میزان دبی جرمی مولکولهای گاز به تغییرات غلظت نسبت به زمان بستگی دارد. پس از جدا شدن جریان از پرتاب کننده هوا ده ، لایه های پایینی که به دلیل نزدیکی به بستر سرعت کمی داشته اند شتاب گرفته ، سرعت خود را افزایش می دهند .
از طرفی فشار در طول پرتاب کننده که به دلیل تغییر جهت جریان از فشار هیدرو استاتیک بیشتر شده است ، در داخل جت بسیار پایین می آید .به طور دقیق تر ، فشار روی سطح بالایی جت که با اتمسفر در تماس است ، صفر بوده وفشار در فضای زیر جت منفی است . تغییرات شدید در توزیع فشار باعث ایجاد آشفتگی وبوجود آمدن نا همواریهایی در سطح پایین جت میشود . نا همواریهای سطح پایین جت و غلبه آشفتگی بر نیروهای کشش سطحی ، هوا را به داخل آن می کشد و آشفتگی ، حبابهای داخل شده به جریان را در داخل جت پخش میکند] ١٧.[
