@article { author = {Ghafouri, Aram and Ghodsian, Massoud and abdi, chonoor}, title = {Experimental Study on the Effect of Discharge and Tailwater Depth on Bed Topography Downstream of a Piano Key Weir}, journal = {Journal of Hydraulics}, volume = {15}, number = {3}, pages = {107-122}, year = {2020}, publisher = {Iranian Hydraulic Association}, issn = {2345-4237}, eissn = {2645-8063}, doi = {10.30482/jhyd.2020.236770.1465}, abstract = {سرریز غیر خطی کلید‌پیانویی در مقایسه با سرریز خطی ضمن آبگذری بیشتر، ساختاری به نسبت ساده دارد و سازه‌ای اقتصادی است. مزیت‌های دیگر سرریزهای کلیدپیانویی عبارتند از: دبی بر واحد عرض عبوری از سرریز را تا 100 مترمکعب بر ثانیه بر متر افزایش می‌دهند، دبی عبوری از این نوع سرریزها حداقل 4 برابر سرریزهای معمولی (خطی) است، باعث افزایش ظرفیت مخزن می‌شوند و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر بوده و هزینه نگهداری کمتری دارند. این ویژگی‌های سرریزهای کلید پیانویی، آنها را به سازه‌های کارآمدی تبدیل کرده است. تمامی آزمایش‌ها در یک کانال مستطیلی به عرض 75 سانتی‌متر، با کف فلزی، دیواره‌ی شیشه‌ای و ارتفاع 80 سانتی‌متر واقع در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه تربیت مدرس تهران انجام شد. جریان آب از یک مخزن زیر زمینی به وسیله یک پمپ با حداکثر دبی 85 لیتر بر ثانیه تامین می‌شد. مخزنی به عرض 05/2 متر در بالادست از طریق یک تبدیل به کانال وصل شده است. تنظیم عمق جریان در کانال به وسیله دریچه تعبیه شده در انتهای کانال انجام می‌شد. سرریز کلیدپیانویی مورد نظر در فاصله 1 متری از ابتدای انحنای کانال نصب و آب‌بندی آن انجام ‌شد. تمامی آزمایش‌ها با سرریز در شرایط جریان آزاد انجام شد. در پایین‌دست سرریز، لایه‌ای از رسوبات یکنواخت با قطر متوسط 64/1 میلی‌متر، انحراف معیار هندسی 24/1، ارتفاع 5/42 سانتی‌متر و طول 2 متر قرار داده شد. در این تحقیق سرریز کلیدپیانویی نوع A ذوزنقه‌ای شکل، از جنس ترموپلاستیک (فیلامنت رایج PLA) با ضخامت 2/1 سانتی‌متر استفاده شد. هر سرریز دارای 6 کلید (3 کلید ورودی و 3 کلید خروجی) و عرض 75 سانتی‌متر (هم عرض کانال)، طول تاج (B)و ارتفاع خالص (P) به ترتیب 50 و 20 سانتی‌متر می‌باشد. دبی جریان با دستگاه دبی‌سنج ثبت می‌گردید. آزمایش‌ها با سه دبی‌ 03/0، 04/0 و 05/0 متر مکعب‌بر‌ثانیه و پنج عمق پایاب از 08/0 تا 18/0 متر انجام شد. در طول آزمایش عمق آبشستگی و پروفیل بستر در دیواره سمت راست و سمت چپ کانال، با استفاده از عکس‌برداری با دوربین اندازه‌گیری و ثبت می‌شد. در انتهای هر آزمایش با خاموش کردن پمپ آب، جریان آب به صورت تدریجی کاهش یافته و از کانال خارج و زهکشی آن صورت می‌گرفت. سپس توپوگرافی کامل بستر با استفاده از دستگاه برداشت توپوگرافی لیزری با دقت 1 میلی‌متر اندازه می‌گردید. در این شکل x فاصله طولی از دیوار پایین‌دست سرریز و y فاصله عرضی از دیوار سمت‌راست کانال است. فواصل نقاط برداشت پروفیل بستر در محدوده حفره‌ی آبشستگی 3 سانتی-متر و در پایین‌دست آن 5 سانتی‌متر بود. با توجه به منحنی تغییرات زمانی عمق آبشستگی پایین‌دست سرریز برای دبی‌ها و عمق‌های پایاب مختلف مشاهده گردید که که قسمت اعظم آبشستگی در دقایق اولیه آزمایش رخ داده و سپس نرخ آبشستگی به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده می‌گردد که با افزایش عمق پایاب، عمق آبشستگی در پایین‌دست سرریز روند کاهشی دارد. زیرا افزایش عمق پایاب، کاهش ارتفاع ریزش جریان و در نتیجه کاهش سرعت جریان برخوردی به پایاب را به همرا دارد. در نتیجه از قدرت تخریبی جریان کاسته شده و عمق آبشستگی کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده می‌گردد که بیشترین عمق آبشستگی در تمام دبی‌ها در دیواره سمت راست و کمترین عمق آبشستگی در دیواره سمت چپ رخ داده است. همچنین مشاهده می-گردد که با افزایش عمق پایاب در دیواره سمت چپ شاهد افزایش 2 درصدی عمق آبشستگی و در دیواره سمت راست حدود 5/21 درصد کاهش آن هستیم. با توجه به توپوگرافی بستر پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی روشن است که تغییرات ایجاد شده در بستر تابع مقادیر دبی و عمق پایاب است و بسته به عملکرد و شرایط هیدرولیکی جریان، موقعیت عمق ماکزیمم و گستردگی این حفره‌ها در عرض و طول کانال متغییر است. همچنین مشاهده می‌شود حفره‌ی آبشستگی پایین‌دست سرریز، نسبت به محور طولی کانال تقارن ندارد که به دلیل اثرگذاری کلیدهای ورودی و خروجی بر روی جهت جریان خروجی از روی سرریز می‌باشد. البته می‌توان گفت الگوی کلی آبشستگی در شرایط مختلف تقریباً مشابه است. تغییرات حداکثر عمق آبشستگی در پایین‌دست سرریز، در حدود 8/5 تا 8/8 برابر عمق آب روی سرریز می‌باشد. با توجه به این شکل روشن است که موقعیت وقوع حداکثر عمق آبشستگی نیز تابع دبی و عمق پایاب است و در فاصله‌ی 15 الی 27 سانتی-متری از پاشنه‌ی سرریز اندازه‌گیری شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که بیشترین کاهش تراز بستر یا آبشستگی در پاشنه سرریز، در تمامی دبی‌ها در حالت کمترین عمق پایاب (8، 5/9 و 11 سانتی‌متر)، رخ داده است. زیرا در عمق پایاب کمتر، جریان با سرعت بیشتری به پایین دست برخورد می‌کند و در نتیجه در این حالت مقدار آبشستگی و کاهش تراز بستر بیشتر است. همچنین در حالت عمق پایاب کمتر، به علت آشفتگی بیشتر جریان، تغییرات عرضی بستر بیشتر است. با توجه به پروفیل طولی بستر در میانه‌ی کانال در حالت بیشینه و کمینه آبشستگی مشاهده می‌گردد که روند تعییرات بستر در تمامی آزمایش‌ها تقریباً مشابه است بطوریکه در پاشنه‌ی سرریز آبشستگی رخ داده و با فاصله گرفتن از سرریز، آبشستگی بیشتر شده و در انتهای کانال تغییرات جزئی مشاهده می‌گردد. همچنین مشاهده می‌گردد که با افزایش عمق پایاب، عمق آبشستگی کاهش یافته، محل وقوع حداکثر عمق آبشستگی از پاشنه‌ی سرریز دورتر می‌شود و گسترش طولی حفره افزایش یافته است. حفره‌ی آبشستگی در جهت محور طولی کانال تقارن ندارند. این حفره از دو بخش تشکیل شده‌است بخش اول که به دلیل وجود انرژی جنبشی ناشی از جت به پایین‌دست کشیده شده و بخش بعدی به علت جریان‌های برگشتی به سمت بالادست کشیده شده است. بخش اول به دلیل قدرت جت جریان، قسمت اعظم این حفره را در بر می‌گیرد، مشاهده گردید که در تمامی آزمایشات حفره‌ی آبشستگی به سمت پایین‌دست توسعه‌ی بیشتری داشته ‌است. با مقایسه‌ی این آزمایش‌ها مشاهده می‌شود که با افزایش عمق پایاب از میزان پیش‌روی حفره‌ی آبشستگی، به سمت پایین‌دست کاسته شده است. مقادیر طول بالادست حفره آبشستگی بین 3/6 و 4 و مقادیر طول پایین دست حفره آبشستگی بین 2/13 تا 6/20برابر عمق جریان روی سرریز اندازه گیری شده است.}, keywords = {experimental study,bed topography variations,Scour,piano key weir,Flow discharge,tail water depth}, title_fa = {مطالعه آزمایشگاهی تأثیر دبی جریان و عمق پایاب بر روی توپوگرافی بستر پایین دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای}, abstract_fa = {در این تحقیق آبشستگی پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای شکل به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش‌ها در کانالی به طول 10 متر، عرض 75 سانتی‌متر و ارتفاع 80 سانتی‌متر با تغییر دبی و عمق پایاب‌های مختلف انجام شد. نتایج حاصله از این تحقیق، نشان داد که ماکزیمم عمق آبشستگی و مساحت حفره‌ی آبشستگی در پایین‌دست سرریز، با افزایش 7/66 درصدی دبی جریان در عمق پایاب ثابت 5/1 3 سانتی‌متر، حدود 5/29 و 5/18 درصد افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش عمق پایاب، از میزان طول حفره‌ی آبشستگی در پایین‌دست سرریز کاسته شده است. افزایش 112، 5/89 و 5/63 درصدی عمق پایاب در دبی‌های 30، 40 و 50 لیتر بر ثانیه، به ترتیب کاهش 37، 35 و 3/20 درصدی عمق آبشستگی را به دنبال دارد. در سری آزمایشات با دبی 50 لیتر بر ثانیه با افزایش 5/63 درصدی عمق پایاب، حدود 3/7 درصد از مساحت حفره‌ی آبشستگی پایین‌دست سرریز کاسته می‌شود. معادله‌ی برای پروفیل طولی حفره آبشستگی به دست آمد.}, keywords_fa = {مطالعه‌ی آزمایشگاهی,تغییرات توپوگرافی بستر,آبشستگی,سرریز کلید پیانویی,دبی جریان,عمق پایاب}, url = {https://jhyd.iha.ir/article_113651.html}, eprint = {https://jhyd.iha.ir/article_113651_2e790152ab6c8b5e12a7fa960dcb796d.pdf} }