نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

مروری بر عملکرد شیب‌شکن‌های مایل و قائم بر پارامترهای هیدرولیکی موثر و مکانیزم استهلاک انرژی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان
1 گروه آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز ، ایران
2 دانشجوی دکتری آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
3 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.
چکیده
در کانال‌های آبیاری و زهکشی عموما برای انتقال آب از تراز ارتفاعی بالاتر به تراز پایین‌تر از شیب‌شکن‌ها استفاده می‌گردد. شیب‌شکن‌های قائم و مایل به‌عنوان سازه‌های هیدرولیکی مؤثر در مهار انرژی جنبشی جریان، نقشی کلیدی در کنترل فرسایش بستر و کاهش خسارات پایین‌دست دارند. این مقاله مروری به بررسی مقایسه‌ای عملکرد این دو نوع شیب‌شکن در استهلاک انرژی جریان پرداخته و مکانیزم اصلی اتلاف انرژی یعنی برخورد جت ریزشی جریان با بستر پایین‌دست و تشکیل پرش هیدرولیکی را تبیین می‌نماید. نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که شیب‌شکن‌های قائم در شرایط مشابه نسبت به شیب‌شکن‌های مایل، به‌طور متوسط ۲۰ تا ۳۵ درصد استهلاک انرژی بیشتری ایجاد می‌کنند. نتایج نشان داد که مدل ترکیبی با ایجاد اغتشاشات مؤثر در بستر جریان، موجب افزایش میانگین استهلاک انرژی به میزان 3/74٪ در شیب‌شکن قائم و 6/49٪ در شیب‌شکن مایل در مقایسه با مدل پایه شد. همچنین، استفاده از المان‌هایی مانند زبری و صفحات مشبک به ترتیب باعث کاهش طول پرش هیدرولیکی به میزان 22٪ و 31٪ گردید. در تحلیل نهایی، علاوه بر کاویتاسیون، به خلأهایی چون عدم پایداری جریان، کمبود داده‌های میدانی و فرسایش موضعی در شیب‌شکن‌ها نیز اشاره شده است.. اگرچه تمرکز اصلی این مطالعه بر مرور مطالعات شیب‌شکن‌های مایل و قائم است، اما در جریان تحلیل‌ها، برخی زمینه‌های مغفول‌مانده نظیر پدیده‌ی کاویتاسیون، کمبود داده‌های میدانی در خصوص رفتار جریان در دبی‌های بالا، تاثیر بلند مدت پارامترهای هندسی بر پدیده‌های هیدرولیکی نیز به‌عنوان خلأهای تحقیقاتی قابل‌توجه نمایان شدند که می‌توانند در مطالعات آینده مورد توجه بیشتری قرار گیرند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abbaspour, A., Shiravani, P. & Hosseinzadeh Dalir, A. (2021). Experimental study of the energy dissipation on rough ramps. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 27(1), 334-342.
Ahmad, Z. & Srisvastava, D. (2014). Energy dissipation on block ramps with large scale roughness. In ISHS 2014-Hydraulic Structures and Society-Engineering Challenges and Extremes: Proceedings of the 5th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, 1-8. The University of Queensland.
Ahmad, Z., Petappa, N.M. & Westrich, B. (2009). Energy dissipation on block ramps with staggered boulders. Journal of Hydraulic Eng., 133(6), https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000039.     
Bos, M.G., Replogle, J.A. & Clemmens, A.J. (1984). Flow measuring flumes for open channel systems, John Wiley & Sons, 321p.
Chamani, M.R., Rajaratnam, N. & Beirami, M.K. (2008). Turbulent jet energy dissipation at vertical drops. Journal of Hydraulic Engineering, 134(10), 1532-1535.
Chamani, M. & Beirami, M.K. (2002). Flow characteristics at drops. Journal of Hydraulic Engineering, 128(8), 788-791.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E. & Abraham, J. (2022). Hydraulic Characteristics of Fish-passes on Inclined Drops with Multifarious Configurations: An Experimental Study, Research Developments in Science and Technology, 4,108-123.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Di Francesco, S., Najibi, A. & Abraham, J. (2021a). Three-dimensional study of the effect of block roughness geometry on inclined drop. Numerical Methods in Civil Engineering, 6(1), 1-9.
Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Ghaderi, A., Abraham, J. & Bagherzadeh, M. (2021b). 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. & Abraham, J. (2021). Three-dimensional investigation of hydraulic properties of vertical drop in the presence of step and grid dissipators. Symmetry, 13(5), 895, https://doi.org/10.3390/ sym13050895.
Daneshfaraz, R., Bagherzadeh, M., Ghaderi, A., Di Francesco, S. & Asl, M.M. (2021c). Experimental investigation of gabion inclined drops as a sustainable solution for hydraulic energy loss. Ain Shams Engineering Journal, 12(4), 3451-3459.
Daneshfaraz, R., Hasanniya, V., Mirzaei, R. & Bazyar, A. (2020). Experimental investigation of the effect of positive slope of the horizontal screen on hydraulic characteristics of vertical drop. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(10), 2499-2509. (In Persian)
Daneshfaraz, R., Majedi, A. M. & Bazyar, A. (2019). Experimental investigation of the performance of horizontal screen on energy dissipation in inclined drop. Iran J Sci Technol, 51(2), 441-453.
Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S. & Hasannia, V. (2020). Experimental investigating effect of Froude number on hydraulic parameters of vertical drop with supercritical flow upstream. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(7), 1765-1782.
Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S. & Hasanniya, V. (2019). Experimental investigation of energy dissipation in vertical drops equipped with a horizontal screen under supercritical flow. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(6), 1421-1436. (In Persian)
Esen, I.I., Alhumoud, J.M. & Hannan, K.A. (2004). Energy loss at a drop structure with a step at the base. Water international, 29(4), 523-529.
Ghare, A.D., Ingle, R.N., Porey, P.D. & Gokhale, S. S. (2010). Block ramp design for efficient energy dissipation. Journal of Energy Engineering, 136(1), 1-5.
Hong, Y.M., Huang, H.S. & Wan, S. (2010). Drop characteristics of free-falling nappe for aerated straight-drop spillway. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 125-129.
Kabiri-Samani, A.R., Bakhshian, E. & Chamani, M.R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow Measurement and Instrumentation, 54, 298-306.
Koohi, A.M.S., Kashefipour, S. & Bina, M. (2011). Experimental comparison of energy dissipation on drop structures, JWSS, 15(56), 209-223. (In Persian)
Liu, S.I., Chen, J.Y., Hong, Y.M., Huang, H.S. & Raikar, R.V. (2014). Impact characteristics of free over-fall in pool zone with upstream bed slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 476-486.
Moore, W.L. (1943). Energy loss at the base of a free overfall. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1), 1343-1360.
Norouzi, R., Daneshfaraz, R. & Bazyar, A. (2019). The study of energy dissipation due to the use of vertical screen in the downstream of inclined drops by adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS). AUT Journal of civil engineering, 53(3), 1-17.
Norouzi, R., Sihag, P., Daneshfaraz, R., Abraham, J. & Hasannia, V. (2021). Predicting relative energy dissipation for vertical drops equipped with a horizontal screen using soft computing techniques. Water Supply, 21(8), 4493-4513.
Oertel, M. & Schlenkhoff, A. (2012). Crossbar block ramps: Flow regimes, energy dissipation, friction factors, and drag forces. Journal of Hydraulic Engineering, 138(5), 440-448.
Pagliara, S. & Chiavaccini, P. (2006a). Energy dissipation on block ramps. Journal of Hydraulic Engineering, 132(1), 41-48.
Pagliara, S. & Chiavaccini, P. (2006b). Flow resistance of rock chutes with protruding boulders. Journal of Hydraulic Engineering, 132(6), 545-552.
Pagliara, S. & Palermo, M. (2012). Effect of stilling basin geometry on the dissipative process in the presence of block ramps. Journal of irrigation and drainage engineering, 138(11), 1027-1031.
Pagliara, S., Das, R. & Palermo, M. (2008). Energy dissipation on submerged block ramps. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 134(4), 527-532.
Pasbani Khiavi, M. & Hasanniya Giglou, V. (2022). Numerical Study of the Effect of Height of Vertical Screens on Vertical Drop Energy Dissipation. Irrigation and Water Engineering, 13(2), 65-84.
Peterka, A.J. (1958). Hydraulic design of stilling basins and energy dissipaters engineering monograph No. 25. US Bureau of Reclamation, Denver Colorado.
Rajaratnam, N. & Chamani, M.R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384.
Sharif, M. & Kabiri-Samani, A. (2018). Flow regimes at grid drop-type dissipators caused by changes in tail-water depth. Journal of Hydraulic Research, 56(4), 505-516.
Sholichin, M. & Akib, S. (2011). Development of drop number performance for estimate hydraulic jump on vertical and sloped drop structure. Int J Eng Sci, 5(11), 1678-1687.
Singh, U.K. & Roy, P. (2023). Energy dissipation in hydraulic jumps using triple screen layers. Applied Water Science, 13, 17, https://doi.org/10.1007/ s13201-022-01824-y.
Tokyay, N.D. & Yildiz, D. (2007). Characteristics of free overfall for supercritical flows. Canadian Journal of Civil Engineering, 34(2), 162-169.
Wagner, W.E. (1956). Hydraulic model studies of the check intake structure-potholes East canal. Bureau of reclamation hydraulic laboratory report hyd, Vol. 411.
White, M. (1943). Discussion of “Moore (1943)”. Tran. ASCE, 108, 1361-1364.

  • تاریخ دریافت 08 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 06 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 13 تیر 1404