توسعه روشي نوين جهت تخمين ضريب دبي دريچه‌هاي كشويي در شرايط جريان آزاد و مستغرق

Developing a New Method for Estimating Discharge Coefficient of Sluice Gates under Free and Submerged Flow Conditions

اندازه گيري دبي جريان با استفاده از دريچه هاي كشويي از مسائل كلاسيك در علم هيدروليك محسوب مي شود. تحقيق حاضر، با استفاده از رابطه بقاي انرژي، روشي نوين براي تخمين ضريب دبي دريچه هاي كشويي در شرايط جريان آزاد و مستغرق، ارائه مي كند. اين روش ضريب دبي دريچه را، به صورت تابعي از عمق آب در بالادست دريچه و قرائت مانومترهاي نصب شده در كف مقطع دريچه و مستقل از شرايط جريان، بازشدگي دريچه و عمق پاياب، به دست مي دهد. به منظور ارزيابي قابليت كاربرد رابطه پيشنهادي در اين تحقيق در تخمين دبي، از نتايج 418 سري اندازه گيري آزمايشگاهي بر روي دو دريچه كشويي با عرض هاي 25 و 40 سانتي متر به تفكيك جريان آزاد و مستغرق و در شرايط حضور و عدم حضور بلوك هاي پاياب استفاده گرديد. به جهت عدم وابستگي ضريب دبي به عمق پاياب، اين روش از مزيت هاي عمده اي چون تخمين پيوسته در شرايط جريان آزاد و مستغرق بر اساس يك معادله واحد و دقت بالاتر در دامنه استغراق هاي كمتر برخوردار است. همچنين عدم نياز به آستانه استغراق دريچه موجب سهولت كاربرد اين روش در برآورد دبي جريان با حضور بلوك هاي مانع دار در حوضچه هاي آرامش مي شود. نتايج نشان داد دخالت ضريب افت انرژي در رابطه پيشنهادي سبب كاهش متوسط قدرمطلق خطاي نسبي در حدود 0.4 درصد و 2.6 درصد به ترتيب براي شرايط جريان آزاد و مستغرق مي شود. همچنين رابطه پيشنهادي در شرايط جريان مستغرق داراي خطاي نسبي تا حدود 5 درصد است. با اين وجود، روش پيشنهادي حساسيت قابل توجهي به فشار مانومتري زير دريچه، به ويژه در محدوده استغراق بيشتر دارد.

Discharge measurement by sluice gates is one of the classical issues in hydraulic engineering. Based on the energy conservation relation, this study presents a novel method for estimating the discharge coefficient of sluice gates under free and submerged flow conditions. This method gives the discharge coefficient of sluice gates only as a function of upstream depth and bottom pressure measured by manometers located under the gate lip and is independent of flow conditions (free and submerged), gate opening and tailwater depth. For evaluating the applicability of the proposed equation in this research for estimating the flow discharge, the experimental results (418 runs) of two sluice gates with 25 and 40 cm widths are used in the conditions of presence and absence of end baffle blocks for both free and submerged flows. Independency of discharge coefficient from the tailwater depth has important advantages such as: continuous estimation of discharge coefficient under free and submerged flow conditions using a unified equation and higher accuracy at the lower submergence. Also being independent of tailwater depth makes easy flow estimation even at the presence of baffle blocks on the stilling basins. The results show that, applying the energy loss coefficient in the proposed equation decreases the mean absolute relative errors to 0.4% and 2.6% for free and submerged flow conditions respectively. Also the proposed equation has a relative error less than 5% under submerged flow conditions. The proposed method is very sensitive to bottom pressure head especially under higher submergence levels.