بررسی نوسانات آب پویایی فشار درحوضچه آرامش با استفاده از مدل جریان دوفازی

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 8، دوره 11، شماره 36 - شماره پیاپی 1، اردیبهشت 1397، صفحه 69-80   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهسا عطوفت شعار¹؛ زهرا قدم پور^{* 2}

¹کارشناسی ارشد، گروه عمران، واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی، استهبان، ایران

²عضو هیات علمی، گروه عمران، واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی، استهبان، ایران

تاریخ دریافت: 27 مهر 1394،  تاریخ بازنگری: 05 مرداد 1395،  تاریخ پذیرش: 11 شهریور 1397 

چکیده

یکی از سازه‌های مستهلک‌کننده‌ی جریان، حوضچه‌ی آرامش می‌باشدکه در پایین دست سرریز ها ساخته می‌شود. محل وقوع نوسانات فشار ماکزیمم ناشی از برخورد آب به کف حوضچه و تاثیر عوامل مختلف بر مقدار و محل وقوع، حائز اهمیت می‌باشد. تاکنون تحقیقات گسترده‌ای به صورت آزمایشگاهی و تحقیقات اندکی به صورت عددی در این زمینه انجام شده است. در مقاله‌ی حاضر، با در نظر گرفتن هندسه‌های مختلف سرریز اوجی و تاثیر ارتفاع این سرریزها و نیز اعمال شرایط مختلف جریان اعم از سرعت و عدد فرود ورودی جریان، نوسانات فشار هیدرودینامیکی در کف حوضچه با استفاده از مدل عددی حجم محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با در نظر گرفتن تداخل آب و هوا، جریان به صورت دو فازی در نظر گرفته شده است. به منظور اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از نرم افزار، مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی انجام شده در گذشته مقایسه شده و میزان خطای نسبی در این مقایسه 8% تا 12% به دست آمده است. نتایج حاصل از تحلیل‌های عددی سرریزهای با ارتفاع 5، 7، 9، 11 و 15 متر و با اعداد فرود 3.7 تا 6.2 برای سرریزهای اوجی و 4 تا 6.8 برای سرریزهای لبه تیز، نشان دادند که در همه‌ی سرریزها، پرش هیدرولیکی در 3/1 ابتدایی حوضچه‌ی آرامش اتفاق می‌افتد. مقدار حداکثر نوسانات فشار در سرریزهای اوجی از 62000 تا 144000 پاسکال و در سرریزهای لبه تیز از 54000 تا 156000 پاسکال با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد. همچنین تاثیر نوع حوضچه‌ی آرامش بر مقدار حداکثر نوسانات فشار مورد ارزیابی قرار می-گیرد.

کلیدواژه‌ها

نوسانات فشار؛ حوضچه‌ی آرامش؛ روش حجم محدود؛ سرریز اوجی؛ سرریز لبه تیز

عنوان مقاله [English]

A Study of pressure fluctuation caused by hydraulic jump in stilling basin

نویسندگان [English]

mahsa otoufat shoar¹؛ zahra ghadampour²

¹کارشناسی ارشد، گروه عمران، واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی، استهبان، ایران

²عضو هیات علمی، گروه عمران، واحد استهبان، دانشگاه آزاد اسلامی، استهبان، ایران

چکیده [English]

A stilling basin is one of the energy dissipaters downstream of a spillway. The place of maximum pressure caused by jet impact and the effect of various factors on the amount and location of pressure are important factors in designing of stilling basin. Extensive experimentally and few numerically researches have been carried out in this regard. In this research, dynamic pressure fluctuations on the basin floor are studied using two phase flow finite volume numerical method considering different geometries of ogee spillway and sharp crested weir, height of spillways, different flow velocity, Froude number and type of stilling basin. Firstly, numerical results were compared with the experimental ones and relative errors of 8% to 12% have been achieved in this comparison. The results of numerical analysis of spillways with height of 5,7,9,11 and 15 meters and Froude numbers between 3.7 to 6.2 for ogee spillways and between 4 to 6.8 for sharp crested weirs showed that, hydraulic jump happens in 1/3 of the beginning of the stilling basin in all spillways. Maximum pressure fluctuations increase from 62000 to 144000 Pa for ogee spillways and 54000 to 156000 for sharp crested weirs with the height of spillways. The influence of types of stilling basin on maximum pressure fluctuations is also evaluated.

کلیدواژه‌ها [English]

Pressure Fluctuation, Stilling Basin, Finite Volume Method, Ogee spillway, Sharp crested weir Spillway

مراجع

1) ابریشمی، ج. و حسینی، س.م.( 1390 )، "هیدرولیک
نهرهای باز،" دانشگاه امام رضا(ع)، مشهد.
2) پارسی،الف، و بهداروندی عسکر، م.( 1390 )، "بررسی
آزمایشگاهی فشارهای پویایی در حوضچهی آرامش،"
اولین همایش راهبردهای دستیابی به کشاورزی پایدار،
خرداد.
80 بررسی نوسانات آب پویایی فشار در حوضچه ی آرامش با استفاده از مدل جریان دوفازی
" ،( 3) دانشفراز، ر. نیک پور، م. ر. و صادقی، ح. ( 1392
شبیهسازی پدیدههای هیدرولیکی با استفاده از فلوئنت،"
انتشارات عمیدی.
4) رحمانی باروجی، علی و صباغ یزدی، سعیدرضا.
"بررسی پایداری دال کف حوضچهی آرامش تحت
نوسانهای فشار ناشی از پرش هیدرولیکی و نیروی
بالابرنده". همایش مدیریت آبیاری و زهکشی. دانشگاه
.215- شهید چمران اهواز. صفحهی 223
5) کاویانپور، م.ر. و محمدی، ب. ( 1380 )، "ارزیابی فشار
در محل بلوکهای پای تنداب حوضچهی آرامش،"سومین
اجلاس هیدرولیک ایران، آبان.
،( 6) محمدزاده،ب.، بینا، م. و حسونی زاده، ه. ( 1388
"تعیین معیاری برای طراحی ضخامت دال کف حوضچهی
آرامش تحت نیروهای پایایی و پویایی،" هشتمین اجلاس
هیدرولیک ایران، دانشگاه تهران، آذر.
(7)Amorim, J.C., Rodrigues, R. C. and Marques, M.
G. ,"A Numerical and Experimental Study of
Hydraulic Jump Stilling Basin," Advances in
Hydro- Science and Engineering, Volume V1.
(8) Basco, D.R. and Adams, J. R. 1971 Drag force
on baffle block in hydraulic jump". J. Hyraul. Div,
ASCE, 97" 2023-2035.
(9) Farhoudi, J.(2009). "Total Pressure Around
Chute Blocks of SAF Stilling Basins." International
Journal of Civil Engineering. Vol. 7, No. 4, pp.271-
279.
(10) Farhoudi. J., Sadat-Helbar, S. M and Aziz, N.
2010. "Pressure fluctuations around chute blocks of
stilling Basins", J. agricultural science technology,
12(2), :. 203-212.
(11) FLUENT 6.3 User's Guide (2006).
(12) Hassonizadeh, H. and Shafai Bajestan, M.
2001,"Experimental measurement of dynamic force
on slab in stilling basins,"Wetlands Engineering
and River Restoration.
(13) Hinge G.A, Balkrishna S., Khare. K. C, (2010),
"Improved design of stilling basin for deficient tail
Water", Basic, and Aplied Scientific Research
1(1:31-40.
(14) Joel, W.Toso, C.Edward Bowers, (1989),
"Extreme pressures in hydraulic jump stilling
Basins", J. Hydraul. Eng. 1988.114, pp. 829-843.
(15) Lopardo, R. A., and Romagnoli, M.
2008,"pressure and velocity fluctuations in stilling
basins," proceedings of 16th IAHR- APD Congress
and 3rd symposium of IAHR- ISHS.
(16) Narayanan ,R. and Schizas ,L. S. 1980. force
on sill forced jump". of Hydraulic Div, ASCE, 106:,
1159-1172.
(17) Vatandoust, H., Khosrowjerdi, A.,
Kavianpour, M.R. and Manshouri, M. 2012,"The
impact of froude number on pressure fluctuations
over flip bucket spillways World Applied Sciences
Journal 16(3):397-402