بررسی تأثیر همزمان واگرایی و زبری بستر بر خصوصیات پرش هیدرولیکی (مدل‌سازی عددی)

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 کارشناس ارشد آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، ایران.

3 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.

چکیده

حوضچه‌های واگرا با بستر زبر نوعی از حوضچه آرامش است که موجب بهبود راندمان پرش هیدرولیکی می‌گردد. در این تحقیق شبیه‌سازی پرش بر روی بستر واگرا و با زبری مصنوعی در اعداد فرود اولیه 34/4 تا 37/9، در بستر صاف و بستر زبر با زبری به شکل نیم‌کره و قطر 3، 4 و 5 سانتی‌متر  و تحت زاویه واگرایی 7، 14 و 90 درجه با نرم‌افزار FLOW-3D انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش زبری بستر عمق جریان کاهش پیدا می‌کند و بیشینه مقدار آن برای بستر زبر به قطر 5 سانتی‌متر و دبی حداکثر برابر 77/19 درصد می‌باشد. همچنین نسبت اعماق در حالت بستر زبر با زبری به قطر 5 سانتی‌متر به میزان حدود 16 درصد نسبت به بستر صاف بیشتر می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد با اعمال زبری بستر، نسبت (Lj/y1) کاهش می‌یابد. بطوریکه با اعمال زبری به قطر 3 سانتی‌متر، مقدار (Lj/y1) نسبت به بستر صاف به طور متوسط 62/11 درصد کاهش یافته و اعمال زبری در بستر به قطر 5 سانتی‌متر موجب افزایش مقدار افت انرژی به میزان 5 درصد می‌شود. بررسی الگوی جریان نشان داد که واگرایی بستر موجب تشکیل جریان چرخشی و زبری بستر موجب افزایش مقدار و شدت آشفتگی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


Bremen, R. and Hager, W.H. (1993). T-jump in abruptly expanding channel. Journal of Hydraulic Research, 31(1), 61-78.
Carolo, F.G., Ferro, V. and Pam Palone, V. (2007). Hydraulic Jumps on rough beds. Journal of Hydraulic Engrg., ASCE, 133(9), 989-999. DOI: 10,1061/(ASCE) 0733- 9429 (2007) 133: 9(989).
Daneshfaraz, R., Majediasl, M. and Mirzaee, R. (2018). Experimental Study of Expanding Effect and Sand-Roughened Bed on Hydraulic Jump Characteristics. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50, 885-896. (In Persian)
Daneshfaraz, R. and Najibi, M.A. (2021). Experimental Investigation of Supercritical Flow Energy Dissipation in Sudden Contraction with Wall Roughness. Journal of Hydraulics, 16, 79-92. (In Persian)
Ead, S.A. (2007). Effect of bed corrugations on the characteristics of a hydraulic jump. King Saud University, College of Engineering, Research Center, Final research report No 14/427.
Elsebaie, I.H. and Shabayek, Sh. (2010). Formation of hydraulic jumps on corrugated beds. Civil & Environmental Engineering, IJCEE-IJENS, 10(1), 40-50.
Gohari, A. and Farhoudi, J. (2009). The characteristics of hydraulic jump on rough bed stilling basins. 33rd IAHR Congress, Water Engineering for a Sustainable Environment, Vancouver, British Columbia.
Hassanpour, N., Hosseinzadeh Dalir, A. Farsadizadeh and D. Gualtieri, C. (2017). An Experimental Study of Hydraulic Jump in a Gradually Expanding Rectangular Stilling Basin with Roughened Bed. Water, 5(12), 945, https://doi.org/10.3390/w9120945.
Herbrand, K. (1973). The spatial hydraulic jump. Journal of Hydraulic Research. 11(3), 205-218.
Hughes, W.C., and Flack, J.E., (1984). Hydraulic jump properties over a rough bed. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 110(12), 1755-1771.
Javadi A. and Asadi, E. (2021). Experimental Study on the Effects of Rectangular Zigzag Blocks Geometry on Hydraulic Jump Characteristics in Trapezoidal Channel. Journal of Hydraulics, 16, 31-42. (In Persian)
Kordi, E. and Abustan, I. (2012). Transitional Expanding Hydraulic Jump. Journal of Hydraulic Engineering, 138(1), https://doi.org/ 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000479.
Maleki, Sh., and Fiorotto, V. (2021). Hydraulic Jump Stilling Basin Design over Rough Beds. Journal of Hydraulic, 147(1), 04020087, https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.000  1824.
Nikmehr, S. and Aminpour, Y. (2020). Numerical Simulation of Hydraulic Jump Over Rough Beds. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 64(2), 396-407, https://doi.org/10.3311/PPci.15292.
Palermo, M. and Pagliara, S. (2018). Semi-theoretical approach for energy dissipation estimation at hydraulic jumps in rough sloped channels. Journal of Hydraulic Research, 6, DOI: 10.1080/00221686.2017.1419991
Parsamehr, P., Farsadizadeh, D., Hosseinzadeh Dalir, A., Abbaspour, A. and Nasr Esfahani, M. (2017). Characteristics of hydraulic jump on rough bed with adverse slope. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 23(3), 301-307.
Rajaratnam, N. and Ahmed, F. (1998). Flow around bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 124, 288-300.
Velioglu, D., Tokyay, N.D. and Dincea, A.E. (2015). A numerical and experimental study on the characteristics of hydraulic jump on rough beds. E-proceedings of the 36th IAHR World Congress, 28 June – 3 July, The Hague, The Netherlands.