بررسي تغييرات افت انرژي جريان عبوري از سرريز- دريچه نيم‌استوانه‌اي با چرخش حول مركز

Investigation of head loss amount changes of semi cylindrical wire-gate with rotation around axis

مقدمه: كاربرد سازه استوانه‌اي و نيم‌استوانه‌اي نسبت به سازه هايي با اشكال ديگر (مثلثي، مستطيلي و ...) داراي مزايايي چون هزينه كم، طراحي آسان، سهولت ساخت و ضريب دبي بالاتر مي باشد. سرريز- دريچه نيم استوانه اي يكي از سازه‌هاي كنترل و تنظيم سطح آب بوده كه به‌علت تداخل جريان عبوري همزمان از روي سرريز و زير دريچه، سبب پيچيده شدن رفتار جريان اطراف خود مي‌گردد، از طرفي شناخت رفتار جريان در بالادست و پايين‌دست سازه مي‌تواند نقش به‌سزايي در طراحي صحيح و اصولي آن ايفا نمايد. همچنين پژوهشگران زيادي براي بررسي مشخصات هيدروليكي جريان در سازه هاي تركيبي برآمدند. بنابراين پژوهش حاضر به بررسي آزمايشگاهي افت انرژي جريان عبوري از سرريز- دريچه نيم استوانه اي متمركز شده است. مواد و روش‌ها: آزمايش‌ها در يك كانال آزمايشگاهي مستطيلي به طول 8 متر، عرض 282/0 متر و عمق 3/0 متر بر بستر صاف در آزمايشگاه پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري، با استفاده از مدل هاي فيزيكي با قطرهاي 70، 120 و 160 ميلي‌متر در ارتفاع بازشدگي‌هاي مختلف بين صفر تا شعاع سازه و در دبي‌هاي متفاوت انجام شده‌اند. نسبت ارتفاع سازه به عرض كانال محدوده 57/0 > D/B > 25/0 و جريان ورودي در محدوده 55/0 > > 08/0 مي‌باشد. يافته‌ها: نتايج پژوهش نشان مي دهند در تمام زواياي قرارگيري سازه پارامتر بي‌بعد Hf/H در هر دو حالت انحنا بالادست و پايين‌دست با افزايش عدد فرود و پارامتر بي‌بعد H/P به‌صورت خطي كاهش مي‌يابد. در يك (H/P) و عدد فرود ثابت، پارامتر بي‌بعد (Hf/H) در حالتي كه انحنا سرريز- دريچه نيم استوانه اي به‌سمت بالادست مي‌باشد به‌علت جمع‌شدگي تدريجي خطوط جريان و در نتيجه كاهش افت ورودي كم‌تر از حالتي است كه انحنا سرريز- دريچه نيم‌استوانه‌اي به‌سمت پايين‌دست است. همچين نتايج نشان دادند كه علاوه بر زاويه قرارگيري انحناي نيم‌استوانه نسبت به افق، قطر سازه نيز بر ميزان افت انرژي عبوري از سازه تركيبي نيم- استوانه اي موثر مي‌باشد. نتيجه‌گيري: پارامترهاي هندسي و انحناي سازه مدل سرريز دريچه در ضريب آبگذري نقش اساسي دارند.

Background and Objectives: Usage of the cylindrical and semi cylindrical structures has some advantages such as low cost, simple design, ease construction and the high discharge coefficient, instead of other shapes of structures (triangular, rectangular, …). Semi cylindrical weir–gate is one of the structures that used to regulating and controlling the water levels. In this structures, interaction of passing flow over weir and under gate leads to complex flow in downstream. On other hand, knowing the flow condition in upstream and downstream of this structure would result in precise designing of the structure. Also many researchers have tried to investigating of hydraulic characteristics of the combined structure. So the present research investigates experimental the head loss of flow energy throw the semi cylindrical wire-gates. Materials and Methods: The experiments were conducted in a rectangular flume with the length of 8 m, width of 0.282 m and height of 0.3 m in soil conservation and watershed management research institute, using physical models with diameters 70, 120 and 160 mm in height of the opening between 0 until radius and differently discharging. The ratio of cylindrical structure diameter to channel width (D/B) was in the range of 0.25 to 0.57 and the froude number was in range of 0.08 to 0.55. Results and Discussions: The results show that in all angles which structure sets, dimension less parameter Hf/H cases curvature upstream and downstream with increasing Froude number and dimensionless parameter H/P increases, so that coefficient in both cases curvature upstream and downstream with increasing water depth upstream and dimension less parameter H/P linearly decreases. Constant a (H/P) and Froude number, a dimensionless parameter Hf/H when the curvature is upstream semi cylindrical wire-gate due to the gradual contraction of flow lines and thus decrease the input is less than the curvature is downstream structure. Moreover, the result shows that in addition to the angle of semi cylindrical curvature to horizon line, structure diameter was affected on head loss amount. Conclusions: Geometric parameters and curvature structures of combined model have a fundamental role on discharge coefficient.