بهینه سازی تعداد پلکان در سرریزهای پلکانی با استفاده از مدل های فیزیکی

 پیشرفت های اخیر در تکنولوژی، امکانات گسترده ای را برای ساخت سدهای بزرگ،مخازن وکانال ها  بوجود آورده است.این پیشرفت ها لزوم توسعه طراحی و روش های ساخت را بخصوص برای سیستم هایی که بتوانند سیلاب کافی را تخلیه کنند ایجاب می نماید.شوت ها وسرریز ها برای عبور دادن دبی های زیاد از روی یک سازه هیدرولیکی بگونه ای  طراحی می شوند که هیچگونه صدمه عمده ای به خود سازه و همچنین به محیط اطراف آن وارد نشود. در جریان آب از روی سرریز، لازم است مقداری از انرژی بخاطر جلوگیری از صدمه زدن به پنجه سد و اطراف آن و نهایتا خود سد مستهلک شود.انرژی حاصل از جریان سرریز،  معمولا با روش های زیر مستهلک   می گردد: 1-با کم کردن سرعت جریان آب از طریق جام پرتابی (یا از تاج سد) وپرتاب درون یک استخر پر از آب در پایین دست که شبیه به بالشتک آب عمل می کند. 2- احداث یک حوضچه آرامش استاندارد در پایین دست سرریز به طریقی که پرش هیدرولیکی بوجود آمده در آن بتواند مقدار قابل توجهی از انرژی را مستهلک نماید. 3- تعبیه تعدادی پله بر روی سرریز برای کمک به استهلاک انرژی.

در این تحقیق، تعداد 54  مدل از سرریزهای پلکانی با ورق پلگسی گلاس 6 میلی متری ساخته و آزمایشات با 5 دبی (10-20-30-40-50 لیتر بر ثانیه در واحد عرض) و نیز 3 شیب(h/l) (30، 56/26 ،8/21 درجه) انجام گردید(جمعاً 275 آزمایش). در مدل‌های فیزیکی با شیب یکسان، پارامتر متغیر تعداد پله‌ها(یا ارتفاع پله‌ها) بوده است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهند که:

1-استفاده از عمق آب قبل از پرش هیدرولیکی در پایین دست سرریز جهت تعیین افت انرژی، باعث برآورد بیشتر(غیرواقعی) افت انرژی نسبی می گردد. در واقع با ورود حباب های هوا به داخل جریان، از میزان تنش برشی کاسته شده و باعث افزایش حجم جریان می شود که اندازه گیری عمق جریان را با خطا روبرو می سازد. 2- با مدل سازی انجام شده مشخص گردید که با افزایش دبی جریان در تمام تعداد پلکانها،  از میزان افت انرژی  نسبی در طول سرریز کاسته می شود. 3- در این  تحقیق مشخص شد که اگر چنانچه پارامترهای مؤثر در افت نسبی انرژی را درمطالعات در نظر بگیریم می توان از تأثیر رژیم جریان ریزشی و غیر ریزشی صرف نظر نمود.این مسئله با توجه  به نتایج سایر  محققان  و همچنین  سلماسی (1383)  نیز  تأیید می شود و لذا می توان یک منحنی پیوسته را برای هر دو نوع رژیم جریان برازش داد . 4 - با افزایش تعداد پله ها تا حد معین، افت انرژی نسبی در سرریزها افزایش می یابد ، اما چنانچه تعداد از حد معینی تجاوز کند(این حدود در تحقیقات چانسون و راجاراتنام نیز آمده است)،  اثر مثبت  آن از بین می رود زیرا با افزایش تعداد پله ها و کاهش ارتفاع پله ها،  در واقع اندازه زبری کاهش  یافته و پله ها زودتر در زیر آب مستغرق می شوند و در نتیجه اثر زبری آنها کاهش می یابد.  در ضمن  جریان های  چرخشی  کوچکتری نیز در زیر بستر کاذب ایجاد می شودکه در نتیجه اثر آنها را کاهش می دهد . 5-  تعداد بهینه پلکان به ازاء  مقادیر مختلف پارامتر بدون بعد Yc/h و عدد فرود به گونه ای مشخص گردید که حداکثر مقدار افت انرژی نسبی، صورت گرفته باشد. مشخص گردید که با افزایش مقدار پارامتر Yc/h و عدد فرود حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان بالاتری اتفاق افتاده است . با بررسی تاثیر شیب بر تعداد بهینه پلکان مشخص گردید که  با افزایش شیب سرریز، حداکثر افت انرژی صورت گرفته در تعداد پلکان کمتری صورت خواهد گرفت.