پديد آورندگان :
كرباسي، مسعود دانشگاه زنجان - گروه مهندسي آب , قاسميان، محمد دانشگاه زنجان - گروه مهندسي آب , اسدي، مهدي دانشگاه شهركرد - گروه مهندسي آب
كليدواژه :
ضريب زبري , ريزساختار‌هاي كلاستر , كلاستر خطي , كلاستر كپه‌اي , كلاستر حلقه‌اي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: بررسي ضريب مقاومت در جريان‌ها به ويژه در جريان‌هاي آزاد، كانال‌ها و رودخانه‌ها از اهميت زيادي برخوردار است. يكي از عوامل تاثير گذار بر مقاومت جريان شكل بستر در آبراهه‌ها مي‌باشد. ريزساختار‌هاي كلاستري از جمله شكل‌هاي بستر در رودخانه‌هاي مناطق كوهستاني مي‌باشند كه از نظر بيولوژيك و همچنين هيدروليك ريزجريان‌ها (جريان‌هاي ثانويه) حائز اهميت هستند. مطالعه در زمينه شناخت و تاثيرات كلاسترها در سرتاسر دنيا بسيار نوپا بوده است. هدف پژوهش حاضر بررسي آزمايشگاهي تاثير شكل كلاستر و اندازه ذرات سازنده كلاسترها بر ضريب زبري جريان مي‌باشد. مواد و روشها: براي بررسي تاثير شكل و اندازه ذرات تشكيل دهنده كلاسترها، آزمايش هايي در يك كانال آزمايشگاهي به طول 20 متر، عرض 0/6 متر و ارتفاع 0/6 متر انجام گرفت. با استفاده از ذرات سنگريزه با سه اندازه متفاوت 9/5، 12/5، 15/5 ميلي‌متري در فلوم آزمايشگاهي، كلاسترهاي با شكل‌هاي كپه‌اي، خطي و حلقه‌اي ساخته و مورد بررسي قرار گرفتند. دو ضريب زبري دارسي ويسباخ و مانينگ با استفاده از اندازه گيري شيب سطح آب محاسبه گرديدند.
يافته‌ها: نتايج پژوهش حاضر نشان داد كه كلاسترهاي خطي شكل داراي كمترين تاثير بر ميزان ضريب مقاومت جريان هستند. كلاسترهاي حلقه‌اي و كپه‌اي داراي ضريب زبري بيشتري نسبت به كلاستر خطي هستند ليكن هر دو تقريبا داراي تاثير يكساني بر مقاومت جريان هستند. نتايج اين دو شكل از كلاستر، براي ذرات 9/5 و 12/5 ميلي‌متري بسيار نزديك به هم بوده ولي براي ذرات 15/5 ميلي‌متري ضريب زبري كلاستر كپه‌اي بالاتر از ضريب زبري اشكال ديگر است. همچنين با افزايش قطر ذرات سنگريزه سازنده كلاسترها ميزان ضريب زبري مانينگ افزايش پيدا مي‌كند. با انجام آزمايش‌ها با ذرات سنگريزه با قطرهاي مختلف، درصد تغيرات ضريب زبري نسبت به حالت بدون كلاستر براي كلاستر كپه‌اي در ذرات 9/5، 12/5 و 15/5 ميلي‌متر به ترتيب 47، 52 و 75 بوده است. براي كلاسترهاي حلقه‌اي شكل و ذرات 9/5، 12/5 و 15/5 ميلي‌متري درصد تغييرات به ترتيب 48، 49 و 75درصد بدست آمدند و اين درصد براي كلاسترهاي خطي شكل براي ذرات 5/9 ميلي‌متري19 درصد و ذرات 12/5 و 15/5 ميلي‌متري به ترتيب 37 و 67 درصد مشاهده شدند كه نشان دهنده افزايش مقاومت جريان با افزايش اندازه قطر ذرات است. همچنين نتايج نشان داد كه در آزمايش‌ها افزايش عدد فرود موجب كاهش ضريب زبري مي‌گردد. نتيجه‌گيري: نتايج بدست آمده از آزمايش‌ها اين نكته را به خوبي روشن ساخت كه بسترهاي كلاستري با اثر گذاري بر روي جريان باعث افزايش ضريب مقاومت مي‌گردد. نتايج تحقيق حاضر نشان داد كه كلاسترهاي كپه‌اي داراي بيشترين اثر بر مقاومت جريان هستند.
چكيده لاتين :
Background and objectives: It is important to study the coefficient of resistance in streams, especially in open channels, canals and rivers. One of the factors influencing the flow resistance is bed-forms. Cluster microforms are types of bed-forms in mountainous rivers, which are important both in biological and in hydraulic as well as in the secondary currents. Study on the recognition and influence of clusters on flow resistance is novel. The purpose of this study is to investigate the effect of cluster shape and particle size of clusters on the flow roughness coefficients.
Materials and methods: In order to investigate the effect of the shape and size of the particles that forming clusters, experiments were carried out in a laboratory channel of 20 meters in length, 0.6 m in width and 0.6 m in height. Using gravel particles with three different sizes of 9.5, 12.5, 15.5 mm, cluster three cluster types (linear, heap and rings) were constructed in laboratory flume. Two roughness coefficients namely Darcy-Wiesbach and Manning were calculated using the water surface slope measurements.
Results: The results of this study showed that the linear cluster has the least effect on the rate of flow resistance coefficient. The ring and heap clusters have a roughness coefficient greater than the linear cluster, but both have almost same impact on the flow resistance. The results of these two forms of the cluster are very close for particles of 9.5 and 12.5 mm, but for a particle of 15.5 mm, the heap cluster coefficient of roughness is higher than the roughness coefficient of another. The manning’s roughness coefficient is also increased by increasing the diameter of the gravel particles of the cluster builder. By performing experiments with gravel particles of different diameters, the percentage of change in roughness coefficient relative to the non-cluster state for cluster clumps in particles of 9.5, 12.5 and 15.5 mm was 47, 52 and 75, respectively. For rings and particles of 9.5, 12.5 and 15.5 mm, the percentage changes were 48, 49 and 75 percent, respectively, and the percentage for linear clusters for particles of 9.5 and 19 percent, and particles 5 / 12 and 15.5 mm were observed at 37 and 67% respectively, indicating an increase in the flow resistance with an increase in the particle diameter. Also, the results showed that increase in Froude number would decrease the roughness coefficient. Conclusion: The results of the experiments made it clear that the cluster affect the flow resistance by increasing it. The results of this study showed that the heap cluster has the most effect on flow resistance.
