گزارش فني: بررسي اثر نسبت طول به عرض روزنه‌هاي مستطيلي بر ضريب دبي

Technical Note: The effect of the ratio of length to width of rectangular orifices on discharge coefficient

روزنه‌هاي مستطيلي از جمله ابزاري هستند كه در هيدروليك به‌عنوان يك وسيله اندازه‌گيري دبي جريان مورد استفاده قرار مي‌گيرند. هدف از پژوهش حاضر، بررسي تأثير نسبت طول به عرض روزنه‏ هاي راست‏ گوشه با مساحت يكسان بر ضريب دبي مي‏باشد، به‌طوري كه يكي از روزنه‌ها با نسبت طول به عرض برابر 1.618 (نسبت طلايي) كه در نظام طبيعت به فراواني مشاهده مي‌شود، ساخته شده تا ويژگي‏ آن‌ در تخليه دبي تحت بار آبي‏ مختلف بررسي شود. بنابراين، آزمايش‏ها بر روي پنج روزنه راست‏ گوشه كه نسبت طول به عرض آن‏ها بين يك تا 16 متغير بوده انجام شد. همچنين، مقايسه‌اي بين روزنه‌هاي مستطيلي با روزنه دايره‏اي شكلِ هم مساحت با روزنه‏ هاي راست‏ گوشه انجام پذيرد. در نتيجه، تعداد 94 آزمايش در محدوده دبي 0.136 الي 0.637 ليتر بر ثانيه بر روي روزنه‌ها انجام گرفت. در اين پژوهش، رابطه ‏اي با عنوان ضريب تصحيح توزيع فشار براي روزنه‏‌ها ارائه ‌شده است تا تأثير توزيع غيرهيدرواستاتيك فشار بر ضريب دبي در بارهاي آبي كم ديده شود. نتايج نشان داد كه با افزايش نسبت طول به عرض، ضريب دبي روزنه راست‏ گوشه به‌طور عمومي افزايش مي ‏يابد به‌طوري ‌كه با تغيير نسبت طول به عرض در بازه مذكور، ضريب دبي روزنه‏ ها به مقدار 11.7 درصد تغيير مي‏كند. همچنين، نتايج آزمايش‌ها نشان داد كه مستطيل طلايي ويژگي خاصي از نظر تخليه دبي نداشته و ضريب دبي روزنه دايره ‏اي شكل در محدوده انجام آزمايشات تحقيق حاضر برابر با كمترين ضريب دبي در روزنه‏ هاي راست‏ گوشه است.

Rectangular orifices are considered as a common structure for discharge measurement in hydraulics. The purpose of the present research is to investigate the effect of the ratio of length to width of rectangular orifices with same surface area on discharge coefficient. Different rectangles are examined as orifice while the aspect ratio in one of them is equal to 1.618 (golden ratio). Golden ratio is a special number which can be frequently existed in nature and this study attempts to find the probable specialty of this ratio in hydraulics. So, the experiments were carried out on five rectangle orifices that the ratio of length to width of ones varied from 1 to 16. Also, a comparison between the discharge coefficient of rectangular and circular orifices is performed. Therefore, the number of 94 tests was conducted on the orifices in the discharge range of 0.136 - 0.637 L/s. A mathematical relation is developed as pressure distribution coefficient in order to account the effect of non-hydrostatic pressure distribution under low head condition. Results of the experiments showed that the increasing of aspect ratio generally leads to increase discharge coefficient so that discharge coefficient of orifices with variation of the ratio of length to width changes about 11.7%. Furthermore, it is illustrated that golden ratio doesn’t have any specialty in flow evacuation and the discharge coefficient of circular orifices is equal to minimum discharge coefficient of rectangular orifices.