بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی جریان فوق بحرانی در تنگ شدگی ناگهانی به همراه زبری دیواره

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 استاد گروه عمران، دانشکده فنی ومهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد عمران آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده

از مشکلات آزاد سازی آب پشت دریچه ها و مخازن، انرژی بالای جریان بوده و در صورت عدم مهار انرژی جریان خسارات قابل توجهی به سازه های پایین دست وارد می شود. از سازه های مناسب برای استهلاک انرژی ایجاد تنگ شدگی در مقطع عرضی کانال می باشد که با تشکیل پرش هیدرولیکی در بالادست جریان انرژی جریان را کاهش می دهد. تحقیق حاضر با هدف بررسی تاثیر انقباض ناگهانی همراه با زبری دیواره برمیزان استهلاک انرژی درجریان فوق بحرانی انجام شد. سه نوع تنگ شدگی با عرض های نسبی 0/5، 0/67 و 0/83 و زبری با قطرهای نسبی متوسط 0/032، 0/051، 0/081، 0/04، 0/064، 0/101، 0/053، 0/085 و 0/135 و محدوده عدد فرود 2/5 تا 7/5 و انقباض نسبی 8/9 تا 12/42 مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا استهلاک انرژی سه نوع تنگ شدگی بدون زبری به عنوان شاهد بررسی شد، سپس برای توسعه آزمایش برای هر تنگ شدگی، سه نوع زبری در دیواره تنگ شدگی کانال بکار برده شد. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، استهلاک انرژی نسبی بالا دست (ΔE/E0) افزایش می یابد. بطوریکه استهلاک انرژی در انقباض 15 سانتی متر بیشتر از انقباض 10 و 5 سانتی متری می باشد. همچنین استهلاک در زبری با قطرهای نسبی 0/051، 0/064 و 0/085 بیشتر از بقیه زبری ها می باشد. روابط استخراج شده برای تخمین استهلاک انرژی نسبی نشان داد که نتایج آن با داده‌های آزمایشگاهی مطابقت خوبی با یکدیگر با ضریب همبستگی 0/903 و خطای جذر میانگین مربعات نرمال شده 0/03 دارند.

کلیدواژه‌ها


Abbaspour, A., Hosseinzadeh Dalir, A. Farsadizadeh, D. and Sadraddini, A.A. (2009). Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro-Environment Research. 3(2), 109-117.
Badizadegan, R., Saneie, M. and Esmaili, K. (2014). Comparison of Hydraulic Jump Characteristics on Different Types of Corrugated Beds. Iran. J. Irrig. Drain. 8(2), 220-232.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E. and Abbaszadeh, H. (2021d). Numerical Simulation of Energy Dissipation in Crescent-Shaped Contraction of the Flow Path. Iranian Journal of Soil and Water Research. 52(5), 1299-1314.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Di Francesco, S., Najibi, A. and Abraham, J. (2021c). Three-Dimensional Study of the Effect of Block Roughness Geometry on Inclined Drop. Journal of Numerical Methods in Civil Engineering, 6(1), 1-9.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Esmaeli, E., Sadeghfam, S. and Abraham, J. (2020). Experimental and numerical investigation for energy dissipation of supercritical flow in sudden contractions. Journal of Groundwater Science and Engineering. 8(4), 396-406.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Ghaderi, A., Abraham, J. and Bagheradeh, M. (2021a). SVM Performance for Predicting the Effect of Horizontal Screen Diameters on the Hydraulic Parameters of a Vertical Drop. Applied Sciences, 11(9), 4238.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Ghaderi, A., Kuriqi, A. and Abraham, J. (2021b). Three-Dimensional Investigation of Hydraulic Properties of Vertical Drop in the Presence of Step and Grid Dissipators. Symmetry. 13(5), 895.
Daneshfaraz, R., Kaya, B., Sadeghfam, S. and Sadeghi, H. (2014). Simulation of flow over ogee and stepped spillways and comparison of finite element volume and finite element methods. Journal of Water Resource and Hydraulic Engineering. 3(2), 37-47.
Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Mirzaee, R. and Parsamehr, P. )2020(. Laboratory study of the effect of rough bed with non-continuous trapezoidal elements on hydraulic jump characteristics in non-prismatic rectangular channel. Sharif Journal Civil Engineering. 36.2(2.1), 119-128.  (In Persian)
Daneshfaraz, R., Rezazadeh Joudi, A. and Sadeghfam, S. (2018). Experimental Investigation of Energy Dissipation in the Sudden Choked Flow with Free Surfaces. Journal of Civil and Environmental Engineering. 48.2(91), 101-108. (In Persian)
Daneshfaraz, R., Rezazadeh Joudi, A. and Abraham, J. (2017). Numerical investigation on the effect of sudden contraction on flow behavior in a 90-degree bend. KSCE J. Civil Eng. 22, 603–612.
Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S. and Mirzaeereza, R. (2019). Experimental Study of Expanding Effect and Sand-Roughened Bed on Hydraulic Jump Characteristics. Iranian Journal of Soil and Water Research. 50(4), 885-896. (In Persian)
Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S. and Kashani, M. (2014). Numerical simulation of flow over stepped spillways. Research in Civil and Environmental Engineering, 2(04), 190-198.
Daneshfaraz, R., Sadeghi, H., Rezazadeh Joudi, A. and Abraham, J. (2017). Experimental investigation of hydraulic jump characteristics in contractions and expansions. Sigma Journal of Engineering & Natural Sciences. 35(1), 87-98.
Dey, S. and Raikar, R.V. (2007). Characteristics of horseshoe vortex in developing scour holes at piers. Journal of Hydraulic Engineering. 133(4), 399-413.
Elsebaie, I.H. and Shabayek, Sh. (2010). Formation of hydraulic jumps on corrugated beds. International Journal of Civil & Environmental Engineering. 10(01), 37-47.
Hager, W.H. and Dupraz, P.A. (1985). Discharge characteristics of local, discontinuous contractions. Journal of Hydraulic Res. 23(5), 421-433.
Izadjoo, F., Shafaei Bajestan, M., BINA, M. (2005). Hydraulic Jump Characteristics on A Trapezoidal Corrugated Bed. The Scientific Journal of Agriculture (SJA), 27, 107-122.
Jan, C.D. and Chang, C.J. (2009). Hydraulic jumps in an inclined rectangular chute contraction. Journal of Hydraulic Engineering. 135(11), 949-958.
Nasr Esfahani, M. and Shafaei Bejestan, M. (2012). Effect of Roughness Height on the Length of B jump at an Abrupt Drop. International Research Journal of Applied and Basic Sciences. 3, 2757-2762.
Nayebzadeh, B., Lotfollahi-yaghin, M. and Daneshfaraz, R. (2019). Experimental study of Energy Dissipation at a Vertical Drop Equipped with Vertical Screen with Gradually Expanding at the Downstream. Amirkabir Journal of Civil Engineering. 52(12), 7-7. (In Persian)
Nayebzadeh, B., Lotfollahi-yaghin, M. and Daneshfaraz, R. (2021). Numerical Investigation of Hydraulic Characteristics of Vertical Drops with Screens and Gradually Wall Expanding. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 53(8), 4-4. (In Persian)
Neisi, K. and Shafai Bajestan, M. (2013). Characteristics of S-jump on Roughened Bed Stilling Basin. Journal of Water Sciences Research, 5(2), 25-34.
Pagliara, S., Carnacina, L. and Palermo, M, (2009). Energy dissipation in presence of block ramps with Enlarged stilling basins. pp.5042-5050. 33rd IAHR Congress, Water Engineering for a Sustainable Environment. 4-9 Aug. Vancouver, Canada.
Rahmanshahi Zahabi, M. and Shafai Bejestan, M. (2012). Experimental investigation of the effect of chute bed roughness height on energy dissipation. Journal of Water and Soil Science. 22(2), 96-101. (In Persian)
Rajaratnam, N. (1968). Hydraulic Jumps on Rough Beds, Trans. Engineering Inst. Canada, 11(a-2), 1-8.
Reinauer, R. and Hager, W.H. (1998). Supercritical flow in chute contraction. Journal of Hydraulic Engineering, 124(1), 55-6.
S‌a‌d‌e‌g‌h‌i, H., D‌a‌n‌e‌s‌h‌f‌a‌r‌a‌z, R., B‌e‌h‌m‌a‌n‌e‌s‌h, J. and Nikpou‌r, M. (2015). The effect of shape of walls of expansion on the characteristics of hydraulic jump. Sharif Journal of Civil Engineering. 31(2), 57-62.
Tokyay, N.D. (2005). Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. EWRI. Water & Environmental Resources Congress. Anchorage. Alaska. USA. 8 p.
Tokyay, N.D., Evcimen, T.U. and Şimşek, C. (2011). Forced Hydraulic Jump on Nonprotruding Rough Beds. Can. J. Civil Eng. 38, 1136-1144.
Wu, B. and Molinas, A. (2001). Choked flows through short contractions. Journal of hydraulic Engineering. 127(8), 657-6 .62 
Yasuda, Y. and Hager Willi, H. (1995). Hydraulic jump in channel contraction. Canadian Journal of Civil Engineering. 22(5), 925-933