بررسی اثر زاویه برخورد جت مستطیلی به پرش هیدرولیکی

سابقه و هدف: یکی ازروش های معمول استهلاک انرژی درجریان های فوق بحرانی بهره جستن ازپدیده ی پرش هیدرولیکی می باشد .پرش هیدرولیکی ازنوع جریان های متغیرسریع است که درصورت مناسب بودن شرایط کانال در پایین دست جریان ازحالت فوق بحرانی به زیربحرانی تغییرمی یابد و با استهلاک انرژی قابل توجهی همراه است. در این پژوهش شیوه جدیدی به منظور کاهش اعماق مزدوج و طول پرش پیشنهاد شده است که در آن از ویژگی های یک جت مستطیلی آزاد سریع برای تاثیر گذاری برخصوصیات پرش استفاده گردیده است. برخورد جت سریع به پرش و انتقال اندازه حرکت به آن خصوصیات و موقعیت پرش را تحت تاثیر قرار می دهد. مواد و روش ها: در این راستا یک مطالعه آزمایشگاهی با مجموعه ای از آزمایش ها در یک کانال با جداره های تمام شیشه ای به عرض۳۰ سانتی متر و به طول ۱۲ متر و ارتفاع۵۰ سانتی مترانجام گرفت وجهت تثبیت موقعیت پرش، از یک دریچه قابل کنترل در پاییندست کانال استفاده گردید. عمق جریان در طول کانال به دو روش مستقیم وغیر مستقیم اندازه گیری شد. در روش غیر مستقیم با نصب پیزومترهایی در کف کانال و قرائت ارتفاع پیزومترها به کمک دوربینی با قدرت وضوح بالا و سپس استفاده از نرم افزار گرافر عمق جریان اندازه گیری شد. بمنظور بررسی تاثیر دبی و زاویه جت بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی از سه دبی ۲، ۵/۲ و۲/۳ لیتر بر ثانیه برای جت و چهار زاویه برای راستای افقی جت شامل ۶۰ درجه، ۹۰ درجه، زاویه ی با حداکثر جابجایی ابتدای پرش و زاویه ی بدون تغییر ابتدای پرش استفاده شد. یافته ها: نتایج آزمایشگاهی نشان داد، پرش هیدرولیکی برای یک زاویه مشخص جت هیچ گونه جابجایی ندارد که این زاویه به عنوان زاویه بی اثر نامگذاری شد. با افزایش زاویه جت، پرش به سمت بالادست حرکت کرد و از یک زاویه به بعد پرش هیچ گونه حرکتی به سمت بالادست نداشت که این زاویه نیز به عنوان حداکثر زاویه جابجای پرش نامگذاری گردید. تغییر زاویه و دبی جت موجب کاهش یا افزایش عمق ثانویه، طول پرش، افت انرژی نسبی و نیروی برشی بستر شد. استفاده از جتی با حداکثر زاویه و دبی۲/۳ لیتر بر ثانیه در کمترین عدد فرود جریان، موجب کاهشی تا حدود ۴/۲۵ درصد در نسبت عمق ثانویه گردید. بکارگیری جتی با زاویه ۶۰ درجه و دبی ۲/۳ لیتر بر ثانیه در بیشترین عدد فرود جریان موجب افزایش ۷/۸ درصدی نسبت عمق ثانویه شد. حداکثر میزان کاهش طول پرش (۳/۴۸ درصد) زمانی رخ داد که از جتی با حداکثر زاویه و دبی ۲/۳ لیتر بر ثانیه در شرایط کمترین عدد فرود جریان استفاده گردید. حداکثر میزان افزایش طول پرش(۷/۱۵درصد) نیز مربوط به استفاده از جتی با زاویه ۶۰ درجه و دبی ۲/۳ لیتر بر ثانیه در بیشترین عدد فرود بود. زمانی که از جتی با حداکثر زاویه و دبی۲/۳ لیتر بر ثانیه در شرایط کمترین عدد فرود استفاده گردید، افت انرژی نسبی تا حدود ۹۷/۱۳ درصد افزایش یافت و نهایتا بکارگیری جتی با زاویه ۶۰ و ۹۰ درجه به ترتیب موجب کاهش و افزایش نیروی های برشی کف شد. نتیجه گیری: وارد کردن جت به پرش با زاویه ای بزرگتر از زاویه ی بی اثر باعث کاهش نسبت اعماق مزدوج، طول پرش و افزایش افت انرژی و نیروهای برشی کف می گردد.

کلیدواژه ها:

واژه های کلیدی: پرش هیدرولیکی ، جت آزاد مستطیلی ، جریان فوق بحرانی ، استهلاک انرژی