تاثير زاويه آبگيري بر عمق استغراق بحراني و قدرت گرداب

Investigating the effect of intake withdrawal direction on critical submergence and strength of vortices

در مقاله حاضر به بررسي آزمايشگاهي تشكيل گرداب هاي سطحي در دهانه آبگيرها براي شرايط مختلف هيدروليكي پرداخته شده است. در بخش اول اين مطالعه، قدرت گرداب هاي پايدار تشكيل شده در آبگيرهاي منفرد براي سه زاويه آبگيري عمودي، °45 و افقي در شرايط مختلف هيدروليكي اندازه گيري شده است. براي انجام آزمايش هاي اين بخش، از دستگاه سرعت سنج ديناميكي براي اندازه گيري سرعت مماسي گرداب استفاده شده است. قدرت گرداب هاي تشكيل شده در آبگيرها به وسيله عدد بي بعد گردندگي، براي شش عدد فرود و چهار عمق استغراق نسبي مختلف ارايه شده است. نتايج نشان داد كه با كاهش زاويه آبگيري نسبت به حالت عمود، قدرت گرداب هاي تشكيل شده كاهش پيدا مي كند. قدرت گرداب در آبگيرهاي افقي نسبت به آبگير عمودي به طور ميانگين در حدود 31% كاهش پيدا كرده است. بر اساس نتايج به دست آمده رابطه‌اي براي تعيين عدد گردندگي گرداب هاي تشكيل شده در آبگير براي هر زاويه آبگيري استخراج شده است. در بخش ديگر اين مطالعه، آزمايش ها براي تعيين عمق استغراق بحراني آبگيرهاي منفرد انجام شده است. نتايج نشان مي-دهد كه با كاهش زاويه آبگيري نسبت به حالت عمود، عمق استغراق بحراني آبگير ها كاهش پيدا مي كند، به طوري كه كمترين عمق استغراق بحراني براي زاويه آبگيري افقي رخ داده است. براي هر زاويه آبگيري معادله اي براي پيش بيني عمق استغراق بحراني برحسب عدد فرود آبگير ارايه شده است. همچنين نتايج به دست آمده با نتايج محققين ديگر مقايسه شده كه از تطابق خوبي برخوردار است.

Free surface vortex formation phenomenon at intakes is one of the most important problems in the water withdrawal process. In the present study, the free surface vortex formation was experimentally investigated. Experiments were performed on a single intake with three common intake withdrawal directions (vertical, horizontal and with angle of 45°). One of the main objectives of present study was determination of the strength of vortices. The tangential velocity component of vortices was measured by an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). The results indicated that, by varying the withdrawal angle from vertical to horizontal, the strength of vortices decreased by about 31%. Based on analyzing of experimental data, an empirical relationship between the circulation number and Froude number for various submergence depths was developed for each withdrawal direction. The critical submergence for an air entraining vortex at intakes was also investigated. The results indicated that the critical submergence was considerably affected by the changing of withdrawal direction. It could be concluded that the minimum of critical submergence was occurred at horizontal direction. Based on analysis of the experimental data for each withdrawal direction, an empirical equation was also obtained, which is used to calculate the critical submergence. The results also were compared and analyzed by other researcher’s investigations and showed satisfactory agreement.