عنوان

تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه‌صپهن مستطیلی دوشیبه بر ضریب دبی و مشخصه‌صهای جریان

‭۴۰۰۵پ‬

per

تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه‌صپهن مستطیلی دوشیبه بر ضریب دبی و مشخصه‌صهای جریان

/محمد رضا مددی

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه سازه های آبی

‮‭۱۴۰‬ص‬

چاپی

کارشناسی ارشد

کشاورزی- سازه های آبی

‮‭۱۳۹۰/۰۶/۲۵‬

تبریز: دانشگاه تبریز، دانشکده کشاورزی، گروه سازه های آبی

سرریزها سازه‌صهای هیدرولیکی ساده‌صای هستند که به منظور کنترل سطح آب و اندازه‌صگیری شدت جریان در کانال‌صهای انتقال آب مورد استفاده قرار می‌صگیرند .سرریزها را بر حسب طول تاج آن‌صها در جهت جریان، به سه گروه سرریزهای لبه‌صتیز، لبه کوتاه و لبه‌صپهن تقسیم‌صبندی می‌صکنند .در سرریزهای لبه‌صپهن، لبه‌صی سرریز به اندازه‌صی کافی پهن بوده و در مقایسه با سایر ابعاد دارای اندازه‌صی قابل ملاحظه‌صای می‌صباشد که این ویژگی سبب می‌صشود که توزیع فشار بر صروی تاج سرریز تقریبا هیدرواستاتیک بوده و خطوط جریان دارای انحنای کمی باشند .در این حالت سرریز به گونه‌صای عمل خواهدص‍ کرد که جریان در بالادست آن زیربحرانی و در روی آن فوق‌صبحرانی شده و در نتیجه یک مقطع کنترل جریان بحرانی بر روی سرریز ایجاد می‌صشود .سرریز لبه‌صپهن مستطیلی دوشیبه سرریز نسبتا جدیدی است که از ترکیب سرریز لبه‌صپهن مستطیلی استاندارد و سرریز کرامپ حاصل می‌صشود .ایده‌صی استفاده از چنین سرریزی بر این اساس بوده است که استحکام بالای سرریز لبه‌صپهن مستطیلی استاندارد و ضریب دبی نسبتا بالای سرریز کرامپ را در هم ادغام کرده تا سرریزی با مشخصات مطلوب‌صتر حاصل شود .مطالعاتی که پیش از این در مورد سرریزهای لبه‌صپهن صورت گرفته است نشان می‌صدهد که ضریب دبی در این سرریزها تابعی از طول سرریز، عرض سرریز، شکل تاج، ارتفاع سرریز، ارتفاع آب روی سرریز و شیب وجه بالادست می‌صباشد .در این تحقیق با استفاده از مدل آزمایشگاهی تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه‌صپهن مستطیلی دوشیبه شامل طول تاج سرریز در جهت جریان، شیب وجوه بالادست و پایین‌صدست سرریز و ارتفاع سرریز بر ضریب دبی، پروفیل سرعت و فشار و نیز پروفیل سطح آب مورد بررسی قرار گرفت .ضمن اینکه بررسی تاثیر انحنای پیشانی بالادست و پایین‌صدست این نوع سرریز بر ضریب دبی مد نظر می‌صباشد .تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان داد که وقتی که بار آب در بالادست سرریز از مقدار مشخصی کمتر شد، در ناحیه‌صای بر روی تاج سرریز افزایش ناگهانی در سطح آب به شکل یک موج کوچک مشاهده شد .هرچه شیب وجه بالادست ملایم‌صتر شد، ارتفاع موج کاهش یافت و موقعیت تشکیل آن نیز به سمت پایین دست جابجا شد .زبر کردن تاج سرریز سبب شد که موج ضعیف‌صتر شود .انحنای پیشانی بالادست سرریز نیز علاوه بر این که تا حد زیادی از جدایی خطوط جریان در این ناحیه جلوگیری کرد، سبب منظم‌صتر شدن جریان عبوری شده و مقدار افت سطح آب را در ورودی کاهش داد .با افزایش طول تاج سرریز پروفیل سطح آب عبوری از روی آن به شکل کاملا منظم و موازی در آمد .در ابتدای لبه بالادست تاج سرریز کاهش فشار مشاهده شد که تحت تاثیر افت سطح جریان)کاهش عمق جریان زیربحرانی در اثر برخورد با مانع (و جداشدگی جریان در این ناحیه بود .هرچه شیب وجه بالادست بیشتر گردید، این کاهش فشار شدیدتر گشت .با ایجاد انحنا در پیشانی بالادست افت فشار کمتری در ورودی سرریز رخ داد .در ابتدای وجه شیب‌صدار پایین‌صدست سرریز نیز به علت پدیده جداشدگی جریان میزان فشار کاهش یافت و این کاهش فشار در دبی‌صهای بالا شدیدتر بود .وقتی از شیب ‮‭۴/۶۳‬ درجه در پایین‌صدست سرریز استفاده شد، فشار در آن قسمت منفی شده و پدیده مکش هوا رخ داد .هنگامی که پیشانی پایین‌صدست سرریزها دارای انحنا شد توزیع فشار یکنواخت‌صتر شده و احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون کاهش یافت .در ابتدای تاج سرریز سرعت جریان در نزدیکی تاج ماکزیمم است و با دور شدن از تاج مقدار آن کاهش یافت .در مقطع وسط تاج سرریز با فاصله گرفتن از تاج ابتدا بر مقدار سرعت جریان افزوده شد و بعد از این که به مقدار ماکزیمم خود رسید، سرعت به تدریج کاهش یافته و در نزدیکی‌صهای سطح آب به کمترین مقدار خود رسید .در مقطع انتهایی تاج سرریز به دلیل انحنای سطح جریان، سرعت جریان در سطح کمترین مقدار را دارا بوده و با فاصله گرفتن از کف سرعت کاهش یافت .کم شدن شیب وجه بالادست سبب افزایش مقدار ضریب دبی شده است .با افزایش شعاع انحنای پیشانی بالادست، مقدار ضریب دبی نیز افزایش یافت.

he weirs are simple hydraulic structures used for water surface controlling and flow discharge measurement in water conveyance canals. Based on the length of crest in flow direction, they are classified into three categories: sharp-crested weir, short-crested weir and broad-crested weir. In the broad-crested weirs, the length of crest is enough broad and compared to other dimensions of weir has a significant larger size, that causes the pressure distribution on the crest to be approximately hydrostatic and streamlines have slight curvature. In this situation the weir acts in a way that flow is subcritical at the upstream of the weir and supercritical on the weir. So, a critical control section is formed on the weir. The rectangular broad-crested weir with upstream and downstream side slopes is a nearly new weir that is a combination of standard rectangular broad-crested weir and crump weir. Regarding good stability of rectangular broad-crested weir and high discharge coefficient of crump weir, these weirs were combined to build a new weir with better characteristics. Studies that have been conducted about the broad-crested weir show that discharge coefficient in this weir is function of length of crest, width of weir, shape of weir, height of weir, height of water on the weir and slope of upstream face.In this investigation the effect of geometric properties of rectangular broad-crested weir such as length of crest in flow direction, slope of upstream and downstream face and height of weir on discharge coefficient and flow characteristics is studied. The effect of upstream and downstream frontal curvature on the flow is investigated too. Analysis of laboratory results shows that as height of water on the weir is less than a certain value, a rising at water surface is occurred in a region on the weir, named "undular flow". Increasing the upstream slope to the vertical, increased the height of wave and moved its position to upstream. When the surface of crest was artificially roughed, the wave weakened. The curvature of upstream frontal of weir prevented the streamlines separation and caused to passing of flow be more regular and also decreased the drop of water surface at upstream edge. As the length of weir increased, the water surface profile was regulated and streamlines became parallel. Two distinct dips at the pressure profile at the upstream and downstream corners of the weir were observed due to separation of streamlines in these regions. As the slope increases, reduction of pressure is more. Increasing the flow discharge, increase reduction of pressure significantly, in a way that when downstream slope reaches 63/4', the pressure becomes negative and air suction occurred. Probability of cavitation was less when downstream frontal of the weir was curved. At the beginning of crest of the weir, the velocity is maximum over the crest and reduces when far from crest. At the middle section of the crest, the velocity increased to a maximum value when far from the crest and then reduced at the surface. At the end section of the crest, the velocity was minimum at the surface and maximum over the crest. Decreasing the upstream slope increased the discharge coefficient. Increasing the radius of upstream frontal curvature increased the discharge coefficient

Broad-Crested Weir

Water Surface Profile

Discharge Coefficient

Streamlines Separation

مددی، محمدرضا

حسین زاده دلیر، علی، استاد راهنما

فرسادی زاده، داود، استاد راهنما

ارونقی، هادی، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی