تعيين آزمايشگاهي تنش برشي متوسط در كانال هاي مستطيلي و ذوزنقه اي صاف به روش مستقيم

Laboratory Determination of Average Shear Stress in Smooth Rectangular and Trapezoidal Open Channels by Direct Method

تحقيق حاضر با هدف اندازه‌گيري مستقيم تنش برشي در كانال‌هاي مستطيلي و ذوزنقه‌اي با بستر صاف هيدروليكي ارائه گرديده است. در اين راستا به‌منظور اندازه‌گيري مستقيم تنش برشي كل در محيط مرطوب كانال‌هاي روباز شيوه‌اي نوين ارائه گرديد. در اين راستا با ساخت فلومي با ادوات ويژه، نيروي كل برشي وارده بر محيط مرطوب با استفاده از سلول‌هاي حساس به بار ديناميك اندازه‌گيري گرديد. سيستم اندازه‌گيري مذكور فلوم لبه چاقويي ناميده شد كه بر اساس جذب ممنتم قادر به اندازه گيري نيروي برشي وارده بر جداره فلوم مي‌باشد. جهت تعيين تغييرات تنش برشي موضعي در كانال‌هاي با مقطع مستطيلي و ذوزنقه‌اي از لوله پرستون با قطر خارجي 4 ميلي‌متر مجهز به سلول‌هاي حساس به فشار ديناميك استفاده گرديد. براي تبديل اختلاف فشار استاتيك و ديناميك قرائت شده در لوله پرستون به تنش برشي از منحني واسنجي پتل استفاده شد. براي تفكيك تنش برشي بستر و جداره از روش تركيبي فلوم لبه چاقويي-لوله پرستون استفاده شد. مزيت اين روش در آن است كه حساسيت قطر لوله پرستون در معادله‌هاي محاسبه تنش برشي به حداقل مقدار ممكن كاهش خواهد يافت.مقايسه نتايج حاصل از اندازه‌گيري تنش برشي به روش مستقيم و غير مستقيم حاكي از برتري نتايج روش مستقيم مي‌باشد. در اين مقاله منحني‌هاي تنش برشي بستر و جداره در مقاطع مستطيلي و ذوزنقه‌اي صاف با شيب جداره 1، 1/5 و 2 ارائه شدند.

Aim of this study is to measure shear stress in smooth rectangular and trapezoidal open channels. A new approach is presented to measure direct shear on wet perimeter of open channels. A water flume with a section on a frictionless support (called knife edge flume) along with a system of load cell was used to measure total force on the wet perimeter. The local boundary shear stress in rectangular and trapezoidal cross sections was measured using a 4mm diameter Preston tube connected to a differential pressure transducer and a data acquisition system. The calibration curves proposed by Patel were used to convert the pressure readings to shear stress. Local and total shear measurements were used to differentiate the channel wall and bed shear forces. This method allows minimizing of the error as result of the Preston tube diameter. Comparison of the results confirmed advantage of the momentum method over the energy method in term of accuracy. Results are presented for smooth rectangular and trapezoidal channel cross sections with side slopes of 1, 1.5, and 2.