مطالعه آزمایشگاهی اثر تمایل بلوک ها بر مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش USBR III

سابقه و هدف: یکی از روش های متداول برای استهلاک انرژی جنبشی جریان در پایین دست سازه های آبی در حوضچه-های آرامش پرش هیدرولیکی می باشد. پارامترهایی چون طول پرش، نسبت عمق ثانویه به عمق اولیه و میزان افت انرژی از جمله پارامترهای مهمی هستند که بر اقتصادی کردن سازه حوضچه آرامش تاثیر فراوانی دارند. از نظر تاریخی، نخستین بار پرش هیدرولیکی توسط بیدون در سال 1818 مورد بررسی قرار گرفت. از آن زمان تاکنون، محققین زیادی با به کارگیری زبری های مکعبی، لوزی و ذوزنقه ای شکل، بلوک های دارای انحنا در وجه بالادست و بلوک های بدون انحنا، بستر موجدار سینوسی، نوارهایی با مقطع ذوزنقه ای، دیوارهای ممتد و زبری های نواری مستطیلی خصوصیات این پدیده را مطالعه کرده اند.. با وجود این، علیرغم گذشت دو قرن از شروع مطالعات در مورد پرش هیدرولیکی، هنوز مسائل ناشناخته ای در مورد آن وجود دارد که محققین را برای ادامه پژوهش ترغیب می نماید. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر تغییر زاویه بلوک های میانی در حوضچه آرامش ΙΙΙ USBR بر مشخصه های پرش است.مواد و روش ها: آزمایشهای این تحقیق در کانال آزمایشگاهی با دیواره های شفاف و بستر صاف با مقطع مستطیلی به عرض یک متر، عمق 85 سانتمیتر و طول 15 متر صورت گرفت. مدل شامل مخزن تامین آب، دریچه کشویی لبه تیز با بازشدگی ثابت 3 سانتی متر و یک دریچه پروانه ای در انتهای پایین دست کانال برای تنظیم عمق پایاب و فلومتر برای اندزه گیری دبی جریان است. بخشی از ابتدای کانال که بلافاصله بعد از دریچه مخزن قرار دارد، به عنوان حوضچه آرامش در نظر گرفته شده، سپس بلوک های میانی و آبپایه انتهایی بر مبنای ابعاد استاندارد حوضچه آرامش ΙΙΙ USBR داخل کانال نصب گردید. در این مطالعه بلوک های میانی در دو وضعیت واگرا و همگرا نسبت به محور مرکزی کانال قرار داده شد و در هر وضعیت 8 زاویه استقرار 10،20،30،40،50،60،70،80 درجه برای بلوک ها در نظر گرفته شد. پس از برقراری دبی مورد نظر، دریچه ی انتهایی فلوم برای تشکیل پرش غیرمستغرق با پنجه ی قرارگرفته در ابتدای فلوم در زیر دریچه ی بالادست تنظیم گردید و مقادیر دبی جریان، طول پرش، عمق آب اولیه و ثانویه پرش اندازه گیری و عکسبرداری متوالی از پروفیل پرش انجام شد. دامنه تغییرات مقادیر دبی و عدد فرود از 39 الی 7/81 و 44/4 الی 56/8 بود. در مجموع 180 آزمایش برای پرش های کلاسیک، تیپ سه استاندارد و وضعیت های واگرا و همگرا انجام شد.یافته ها: در وضعیت همگرا با افزایش زاویه استقرار بلوک ها تا 30 درجه، طول پرش به مقدار قابل ملاحظه ای کاهش می-یابد و با افزایش بیشتر زاویه بلوک ها، جبهه ی پرش از دیواره های قائم کانال جدا شده و به سمت خط مرکزی کانال منحرف شده و نهایتا طول پرش افزایش می یابد.نتیجه گیری: نتایج نشان می دهند که افزایش زاویه استقرار بلوک ها تا 30 درجه در حالت همگرا باعث کاهش طول پرش به میزان متوسط 40 درصد و کاهش نسبت عمق ثانویه به میزان 10 درصد می گردد و افت انرژی نسبی را به 75 درصد می رساند. میزان این تغییرات در زاویه همگرایی بلوک 30 درجه با افزایش عدد فرود، برای افت انرژی نسبی و طول نسبی پرش افزایش و برای نسبت عمق ثانویه کاهش می یابد. علت اصلی کاهش طول پرش بعلت تشدید جریانهای ثانویه ناشی از تمایل بلوکها در زاویه 30 درجه است. همچنین در وضعیت واگرا برای همه زوایای استقرار بلوک ها افزایش طول پرش مشاهده گردید.

Keywords:

پرش هیدرولیکی , حوضچه آرامش USBR ΙΙΙ , بلوک های کف حوضچه , زاویه استقرار