مرکز منطقه ای اطلاع رساني علوم و فناوري - بررسي نيروي برشي، لايه مرزي و پديده كاويتاسيون در حوضچه آرامش واگراي ناگهاني با بستر زبر

چكيده فارسي :

يكي از عمده‌ترين مباحث در زمينه مطالعه كاهش انرژي مخرب جريان به منظور كاهش خسارت بر ابنيه پايين‌دست، بررسي پرش هيدروليكي و نحوه كنترل آن مي‌باشد. پرش هيدروليكي از نوع جريان‌هاي متغير سريع است كه در فاصله كوتاهي، جريان از حالت فوق بحراني به زير بحراني تغيير مي‌كند. اكثر محققين در مطالعات خود سعي كرده‌اند كه با تغيير در ساخت حوضچه آرامش، شرايط را براي اتلاف انرژي بيشتر فراهم آورند. در سال‌هاي اخير مشخص گرديده است كه ايجاد واگرايي، حضور زبري و يا ايجاد شيب در كف حوضچه آرامش، مي‌تواند در كاهش ابعاد پرش مؤثر بوده و از نظر اقتصادي نيز به‌صرفه باشد. در اين تحقيق به ‌بررسي تأثير واگرايي ناگهاني بر مشخصات پرش هيدروليكي در حضور زبري سنگ‌ريزه‌اي پرداخته شده است. آزمايش‌ها در كانال مستطيلي به طول 8، عرض 4/0 و ارتفاع 6/0 متر انجام شده است. جهت ايجاد پرش از يك دريچه كشويي در ابتداي كانال و جهت كنترل آن از دريچه‌اي در پايين دست كانال استفاده شده است. نسبت واگرايي در اين مطالعه در محدوده 1≤B≤2 و زبري سنگ‌ريزه‌اي در محدوده 0≤t/d_1≤0.9 مي‌باشد. در مجموع 81 آزمايش در محدوده اعداد فرود 9/4 تا 5/9 و دبي 30 تا 50 ليتر بر ثانيه انجام شده است. با بررسي پروفيل‌هاي سرعت، ضخامت لايه مرزي بدون بعد (δ⁄b) در حالت پرش كلاسيك 16/0 و در حالت بستر واگرا و زبر 51/0 محاسبه شد. درصورتي كه هردو پارامتر زبري و واگرايي ناگهاني مورد استفاده قرار گيرند، مقدار ضريب نيروي برشي در بهترين حالت (در نسبت واگرايي 2 و اندازه زبري 2/2 سانتي‌متر) به‌طور ميانگين 7/14 برابر ضريب نيروي برشي در پرش كلاسيك است. در كف حوضچه‌آرامش پيزومترهايي نصب شده است، نوسانات آب در اين پيزومترها، تغييرات فشار و در نتيجه احتمال وجود كاويتاسيون را مشخص مي‌نمايد. اندازه‌گيري‌هاي انجام شده عدم وجود كاويتاسيون در اين آزمايشات را نشان مي دهد.