بررسی اثر تغییرات بازشدگی روی نقطه جدایش، اندازه دنباله و توزیع سرعت در سرریز- دریچه استوانه ای مستغرق

چکیده سابقه و هدف: ترکیب سرریز و دریچه سازه جدیدی به وجود می آورد که می تواند برخی از نواقص استفاده جداگانه آن ها را برطرف کند به طوری که مواد معلق از رو و مواد قابل ته نشین شدن از زیر عبور نموده و همچنین با حرکت در راستای قائم و ایجاد بازشدگی های متفاوت و متناسب با تغییرات جریان ورودی، سطح آب را به شیوه بهتر و دقیق تری کنترل و هد آب ثابتی را برای کانال جانبی تنظیم نماید. یکی از انواع سرریز- دریچه نوع استوانه ای آن است که دارای مزایایی چون ضریب دبی بالا و افت کمتر نسبت به موارد جایگزین است. تحقیقات انجام گرفته توسط محققین قبلی روی سازه مذکور که همگی از جنبه هیدرولیکی بوده است اشاره دارد در مدل ترکیبی سرریز – دریچه استوانه ای، ضریب دبی در هریک از بخش های سرریز و دریچه ( ضریب دبی مهم ترین پارامتر هیدرولیکی در طراحی سرریز- دریچه می باشد) نسبت به کاربرد جداگانه آن ها کاهش می یابد. از طرفی علاوه بر پارامترهای هیدرولیکی موثر بر ضریب دبی که قبلا توسط محققین پیشین به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است، پدیده های هیدرودینامیکی مانند جدایش جریان، ریزش گردابه، محل همگرایی لایه برشی عبوری از دو طرف سازه و... که به دنبال هیدرواستاتیک نبودن فشار روی بدنه سازه هنگام عبور جریان به وجود می آیند، می توانند نقش بسزا و تعیین کننده ای بر ضریب دبی، آبگذری و سایر خصوصیات جریان عبوری داشته باشند. لذا به منظور بررسی تغییرات نقطه جدایش در روی سازه و زیر سازه، محل وقوع همگرایی لایه مرزی جداشده از دو طرف، پروفیل سرعت در رو و پایین دست سازه و همچنین اندازه دنباله با تغییرات میزان بازشدگی، آزمایشاتی با استفاده از تکنیک سرعت سنجی ذرات به روش تصویر برداری(PIV) انجام، نتایج بررسی و تحلیل شد. مواد روش ها: آزمایش ها در آزمایشگاه هیدرودینامیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه چکوروا ترکیه، با استفاده از تکنیکPIV روی استوانه ای با قطر 50 میلی متر و پنج بازشدگی متفاوت 1/0- 5/0 قطر انجام شد.. برای کلیه آزمایش ها، عمق آب بالادست و سرعت ورودی ثابت و برابر با 150 میلی متر و 58/0 متر بر ثانیه بود. یافته ها و نتیجه گیری نتایج نشان داد برای تمام نسبت های باز شدگی دریچه به قطر سازه، محل وقوع جدایش جریان از بدنه سازه در قسمت دریچه و سرریز متفاوت بوده و در حالت دریچه جدایش زودتر رخ می دهد به طوری که در محدوده آزمایش ها بیشترین و کمترین اختلاف زاویه انحراف جدایش سرریز و دریچه از همدیگر 40، 3 درجه می باشد. با افزایش بازشدگی از 1/0 قطر به 4/0 فاصله افقی نقطه وقوع همگرایی دو لایه مرزی جداشده نسبت به سازه کمتر می شود و همچنین افزایش بازشدگی سبب نوسانات در راستای عمودی محل وقوع نقطه همگرایی شده که در محدوده بازشدگی های این تحقیق محل وقوع نقطه ، بین 1/0 تا 15/0 قطر نسبت به محور افقی عبوری ازمرکز استوانه انحراف قائم داشته و در تمام حالت ها زیر محور مذکور قرار می گیرد. برای تمام بازشدگی ها تا فاصله ای به اندازه قطر سازه از پشت سرریز- دریچه، پروفیل سرعت در راستای محور ( ) و ( ) شدیدا تحت تاثیر عوامل هیدرو دینامیکی است. در روی سرریز- دریچه با افزایش زاویه از صفر تا 90 درجه( با حرکت به سمت تاج) نسبت سرعت ماکزیمم به سرعت ورودی افزایش یافته به طوری که در تاج حدود 27 درصد نسبت به نقطه صفر افزایش مشاهده می گردد ولی بعد از تاج دچار نوسانات افزایش و کاهش می-گردد و این نوسانات در بازشدگی برابر با نصف قطر سبب می شود تا مقدار بی بعد سرعت ماکزیمم به سرعت ورودی در نزدیکی نقطه جدایش، حدود 17 درصد نسبت به تاج کاهش یابد.

کلیدواژه ها:

سرریز- دریچه استوانه ای ، جدایش جریان ، دنباله ، توزیع سرعت ، بازشدگی