تحلیل نسبت اعماق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی واگرای ناگهانی در شرایط توسعه‌یافتگی متقارن و نامتقارن

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 استاد بازنشسته گروه مهندسی آبیاری و آبادانی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 دانشیار، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

در حالت‌های کاربردی مانند بهره‌برداری دریچه‌های موازی، شرایطی رخ می‌دهد که با عملکرد صرف دریچه میانی یا دریچه کناری از مجموعه دریچه‌ها، پرش هیدرولیکی به صورت متقارن یا نامتقارن در طول و عرض حوضچه آرامش، توسعه یابد. در این تحقیق، بر اساس معادله اندازه حرکت، روابطی نظری جهت تعیین نسبت اعماق ثانویه پرش هیدرولیکی واگرای ناگهانی به صورت تابعی از عدد فرود اولیه و نسبت عرض جریان خروجی به عرض حوضچه آرامش، استنتاج گردید. ملاحظه گردید نسبت اعماق ثانویه علاوه بر پارامترهای فوق، به عملکرد متقارن یا نامتقارن دریچه‌ها و طول نسبی پایه‌های جداکننده، بستگی دارد. بر اساس نتایج حاصل از برداشت‌های آزمایشگاهی، ضمن واسنجی معادله محاسبه اعماق ثانویه، روابطی جهت تعیین طول توسعه یافتگی پرش هیدرولیکی واگرای ناگهانی در شرایط وجود و عدم وجود آستانه، ارائه گردید. مشاهده شد با کاهش عرض جریان خروجی به عرض کانال پایین‌دست، کاهش ارتفاع آستانه و کاهش طول نسبی پایه‌های جداکننده، نسبت اعماق ثانویه کاهش و طول توسعه یافتگی افزایش می‌یابد. نتایج نشان داد در حالت عملکرد صرف دریچه میانی و در شرایطی که طول پایه‌های جداکننده از 38 درصد طول پرش هیدرولیکی کلاسیک کمتر باشد، عدم تقارن پرش هیدرولیکی، تشدید می‌گردد. در طول‌های کمتر پایه‌های جداکننده، مقدار عدم تقارن پرش هیدرولیکی حاصل از عملکرد دریچه میانی نسبت به عملکرد دریچه کناری، بیشتر بوده که در نتیجه طول توسعه یافتگی بیشتر و عمق ثانویه کمتری را به دنبال دارد. با افزایش طول پایه‌های جداکننده، طول توسعه یافتگی پرش هیدرولیکی ناشی از عملکرد دریچه کناری بیشتر شده و نسبت اعماق ثانویه کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


Bakhmeteff, B.A. (1932). Hydraulics of open channels, McGraw-Hill, New York.
Bélanger, J.B. (1828). Essai sur la solution numérique de quelquesproblèmes relatifs au mouvement permanent des eaux courantesEssay on the numerical solution of some problems relative to steadyflow of water. Carilian-Goeury, Parisin French.
Bremen, R. (1990). Expanding stilling basin. Communication, R. Sinniger, ed., Laboratoire de constructions hydrauliques, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, 3.
Bremen, R. and Hager, W.H. (1993). T-Jump in abruptly expanding channel. J. Hydraul. Res., 31(1), 61–73.
Chen, J., Liao, Y. and Liu, S. (2013). Energy dissipation of hydraulic jump in gradually expanding channel after free overfall, Journal of the Chinese Institute of Engineers, 36(4), 452-457.
Ferreri, G.B. and Nasello, C. (2002). Hydraulic jumps at drop and abrupt enlargement in rectangular channel. J. Hydraul. Res., 40(4), 491 –505.
Hassanpour, N., Hosseinzadeh Dalir, A., Farsadizadeh, D. and Gualtieri, C. (2017). An Experimental study of hydraulic jump in a gradually expanding rectangular stilling basin with roughened bed. Water, 9(945), 1-23.
Hager, W.H. (1985). Hydraulic jump in non-prismatic rectangular channels. J. Hydraul. Res., 23(1), 21–35.
Hager, W.H. (1992). Energy Dissipators and hydraulic jump. Kluwer Academic, Dordrecht, Netherlands.
Herbrand, K. (1973). The spatial hydraulic jump. J. Hydraul. Res., 11(3), 205–218.
Herbrand, K. and Knauss, J. (1973). Computation and design of stilling basins with abruptly or gradually enlarged boundaries. Int. Commission on Large Dams (ICOLD), 11th Congress, 57–79.
Kordi, E. and Abustan, I. (2012). Transitional Expanding Hydraulic Jump. J. Hydraul. Eng., 138(1), 105 –110.
Kusnetzow, S.K. (1958). Die Fliessbewegung bei plotzlicher Verbreirerung des Strombettes. Gidrotechniceskoe Stroitelstvo, 27(H6), 34–37 (in Russian).
Nashta, C.F. and Garde, R.J. (1988). Subcritical flow in rigid-bed open channel expansions. J. Hydraul. Res., 26(1), 49-65.
Nettleton, P.C. and McCorquodale, J.A. (1989). Radial stilling basins with baffles locks. Can. J. Civ. Eng., 16(4), 489–497.
Noseda, G. (1964). Un fenomeno di instabilita del risalto lungo una corrente veloce in espansione [An instability phenomenon of hydraulic jump in enlarging supercritical flow], L’energia elettrica, 41(5), 249–254.
Omid, M.H., Esmaeeli Varaki, M. and Narayanan, R. (2007). Gradually expanding hydraulic jump in a trapezoidal channel, J. Hydraul. Res., 45(4), 512–518.
Omid, M.H., Gord-Noshahri, A. and Kouchakzadeh, S. (2010). Sill-controlled hydraulic jump in a gradually expanding channel, Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 163(10), 515-522.
Peterka, A. J. (1958). Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators. Eng. Monograph No. 25, U.S. Bureau of Reclamation, Denver.
Rajaratnam, N. and Subramanya, K. (1967). Diffusion of rectangular wall jets in wider channels.” J. Hydraul. Res., 5(4), 281–294.
Rajaratnam, N. and Subramanya, K. (1968a). Hydraulic jumps below abrupt symmetrical expansions. J. Hydraul. Div., 94(2), 481–503.
Rajaratnam, N. and Subramanya, K. (1968b). Profile of the Hydraulic Jump. J. Hydraul. Div., 94(3), 663–674.
Safarzadeh, A. and Baher Talari, T. (2017). Assessment of the Destruction Causes at the Downstream Basins of Mill-Mugan Dam Using Computational Fluid Dynamics. Journal of Hydraulics. 12(2), 13 –34 (In Persian).
Smith, C. D. (1989). The submerged hydraulic jump in an abrupt lateral expansion. J. Hydraul. Res., 27(2), 257–266.
Torkamanzad, N., Hosseinzadeh Dalir, A., Salmasi, F. and Abbaspour, A. (2019). Hydraulic jump below abrupt asymmetric expanding stilling basin on rough bed. Water, 11(1756), 1-29.
Unny, T.E. (1961). The spatial hydraulic jump. IX IAHR Congress, 32–42.
Zare, H.K. and Doering, J.C. (2011). Forced Hydraulic Jumps below Abrupt Expansions. J. Hydraul. Eng., 137(8), 825 –835.