بررسي آزمايشگاهي ديناميك گرداب هاي با هسته هوا و پيش بيني ميزان هواي ورودي به يك آبگير افقي

Experimental investigation of dynamics of the air-core vortices and estimating the air entrainment rate at a horizontal intake

در مطالعه حاضر، ديناميك گرداب هاي با سطح آزاد و ميزان هواي ورودي به آبگير در اثر گرداب هاي با هسته هوا در يك آبگير افقي، به روش آزمايشگاهي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. نتايج ارائه شده عبارت اند از نحوه ارتباط بين مرتبه گرداب با پارامترهاي هيدروليكي آبگير، الگوي كلي جابجايي هسته گرداب بر روي سطح آب و ارتباط آن با مرتبه گرداب، مدت زمان لازم براي تشكيل كامل هسته هوا و در نهايت برآورد نرخ هواي ورودي به آبگير در شرايط تشكيل گرداب با هسته هوا مي باشد. همچنين با تعريف شاخص عدد آبگير، بين مرتبه گرداب و عدد آبگير ارتباط كمي برقرار گرديد و نشان داده شد كه با افزايش عدد آبگير، از ناپايداري مكاني گرداب هاي با سطح آزاد كاسته مي شود، به گونه اي كه براي اعداد آبگير بزرگ تر از 1، جابجايي هسته گرداب بر روي سطح آب به ناحيه اي به شعاع حداكثر دو برابر قطر آبگير محدود مي گردد. در ادامه، بين مدت زمان لازم براي شكل گيري هسته كامل هوا و عدد آبگير نيز ارتباط برقرار گرديد و نشان داده شد كه با افزايش اين عدد، زمان لازم براي تشكيل هسته كامل هوا به صورت نمايي كاهش مي يابد. در همين راستا رابطه اي براي تخمين سرعت رشد هسته هوا بر حسب عدد آبگير پيشنهاد گرديد و به جهت صحت سنجي، با نتايج تحقيقات پيشين مقايسه شد. در بخش پاياني اين تحقيق نيز به بررسي نحوه ارتباط بين نرخ هواي ورودي به آبگير و عدد آبگير پرداخته شد و سپس رابطه اي براي تخمين نرخ هواي ورودي بر حسب عدد فرود آبگير پيشنهاد و با نتايج تحقيقات قبلي مقايسه گرديد.

In the present study, free surface vortex dynamic was experimentally investigated in a horizontal intake. Air entrainment rate into the intake due to the air-core vortices was also discussed. The results presented are the relationship between the vortex type and the intake hydraulic parameters, general pattern of surface displacement of the vortex core and its relation with the vortex type, the required time duration to full development of the vortex core, and finally evaluation of the vortex induced air entrainment rate. In this research by defining intake number as intake Froude number over the intake relative submergence, a relationship was established between the vortex type and the intake number. Moreover, it was shown that while the intake number increases, surface instability of the vortex core decreases, in which, for the intake numbers greater than one, surface movement of the vortex core is limited to an area twice that the intake diameter. Then, another relationship was also established between the time requirement of the vortex air-core formation and the intake number, and it was shown that there will be an exponential decrease in the mentioned time scale, while the intake number increases. In this context, a relationship was suggested and compared with one of previous works. In the last section, the dependency between air entrainment rate due to the air-core vortices and the intake number was considered, and another relationship was also suggested and compared with previous works.