اثر زبري بر شدت نوسانات فشار در حوضچه آرامش با واگرايي ناگهاني

The effect of roughness in pressure fluctuations in the stilling basin with sudden expansion

حوضچه‌هاي آرامش با واگرايي ناگهاني از جمله سازه‌هاي مستهلك كننده انرژي هستند كه در پايين‌دست سرريزها، دريچه‌ها و تنداب‌ها كاربرد فراواني دارد. استهلاك انرژي در پرش هيدروليكي در نتيجه گرداب‌هاي تلاطمي بزرگ مقياس (macro-scale turbulence) مي‌باشد كه با نوسانات شديد فشارهمراه است و بايد در طراحي حوضچه مورد توجه قرار گيرد. از طرفي وجود زبري در بستر حوضچه مي‌تواند سبب تغيير رفتار خطوط جريان و تشكيل گرداب‌ها در طول پرش گردد و تاكنون اثر آن بر ميزان مشخصات هيدروديناميكي پرش مورد مطالعه قرار نگرفته است. در اين مطالعه آزمايش‌ها در يك فلوم نسبتاً بزرگ به عرض 8/0 و طول 12 متر، در حوضچه واگراي ناگهاني با نسبت واگرايي (B1/B2) برابر با 33/0 و در محدوده اعداد فرود بين 4 تا 5/9 مورد بررسي قرار گرفت. فشارهاي هيدروديناميكي در بستر فلوم توسط دستگاه ترانسديوسر ثبت شده است. نتايج نشان داد كه وجود زبري در بستر حوضچه باعث كاهش شدت نوسانات تلاطمي پرش شده است. ماكزيمم ضريب شدت نوسانات فشار (CPmax) در پرش واگراي زبر تا مقدار 023/0به دست آمده كه تقريبا 53 درصد نسبت به پرش واگراي صاف و 70 درصد نسبت به پرش كلاسيك كاهش يافته است. حداكثر ضرايب نوسانات فشار در ابتداي پرش و در فاصله 15 الي 30 درصد از طول پرش رخ مي‌دهد. حداكثر مقدار ضريب CP+ و CP+ تا 08/0 به دست آمده است. علاوه بر ضرايب بدون بعد نوسانات فشار، توزيع طولي فشار و نوسانات فشار تعيين شده و مقادير بحراني در طول پرش به دست آمده است.

Stilling basins with sudden expansions are one of the energy dissipater structures. This structure has many applications downstream of hydraulic structures, such as spillways, sluice gates and chutes. In the jump, the pressure fluctuations resulting from intense macro-scale turbulence must be carefully considered during the design of the structure. Roughness can also cause changes in the behavior of stream line and vortices. So far its effects on the hydrodynamic characteristics of the jump have not been studied. In this study many tests are conducted in a relatively large flume size of 0.8 meter wide and 12 meter length. Channel expansions ratio (B1/B2) was 0.33 and data are presented for Froude numbers from 4-9.2. Measurements were conducted in the bed of flume by means of pressure transducers systems. The final results of this study show that roughness decreases Intensity of fluctuating pressure in sudden expansion stilling basin. Test results were compared with those of smooth sudden expansion jump and classical jump which indicates that the peak values of RMS dimensionless pressure fluctuations (Cpʹ), are 53% lower than smooth sudden expansion jump and are reduced 70% compared with classical jump. Intensity of fluctuating pressure at the position of about (0.15-0.3) Lj, can reach the maximal value. Peak values of RMS dimensionless pressure fluctuations Cʹp max up to 0.023 and maximum positive (negative) deviation Cp-and Cp-values up to 0.08 were obtained. In addition to dimensionless coefficients of pressure fluctuations, the longitudinal distribution of pressures and determined pressure fluctuations and extreme values occurring during flow are obtained.