بررسی نیروهای هیدرودینامیکی کف حوضچه‎های آرامش با پله معکوس و بستر زبر

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 51، بهمن 1400، صفحه 99-110   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2022.3239.1166

نویسندگان

روزبه ریاضی^{* 1}؛ محمود شفاعی بجستان²؛ حیدرعلی کشکولی³

¹استادیار دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دهدشت

²استاد دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز.

³استاد بازنشسته دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

تاریخ دریافت: 09 تیر 1393،  تاریخ بازنگری: 06 فروردین 1394،  تاریخ پذیرش: 28 مهر 1396 

چکیده

مقدمه: در بسیاری از سازه‎های هیدرولیکی نیاز است تا انرژی جریان مستهلک گردد تا باعث فرسایش و یا تخریب سازه نگردد. در عمل روش های مختلفی جهت این امر وجود دارد که از جمله آنها پرش هیدرولیکی است. پرش هیدرولیکی در حالت های مختلفی از هندسه کانال و شرایط آن قابل وقوع است. در اثر پایین افتادن ناگهانی کف کانال که از آن به عنوان پله معکوس نیزنام برده میشود، طول پرش هیدرولیکی، اعماق مزدوج پرش، فشارهای هیدرودینامیکی در کف و دیگر مشخصات آن تغییر می کند. همچنین با استفاده از زبری در بستر حوضچه‎های آرامش از نوع پرش هیدرولیکی می توان طول پرش را کاهش داد.
روش­: این تحقیق با روش آزمایشگاهی انجام شد در این تحقیق شرایط پله معکوس و بستر زبر به صورت توام در پرش هیدرولیکی اعمال شده و تغییرات فشارهای هیدرودینامیکی در کف حوضچه آرامش مورد بررسی قرار گرفت.
یافته­ها: نتایج نشان داد که بحرانی ترین منطقه پرش از لحاظ بوجود آمدن حداکثر نیروهای هیدرودینامیکی و کاویتاسیون در این نوع حوضچه‌های آرامش در محدوده‌ی با طول بی‎بعد 10.44<x/y₁<13.43 می‎باشد. که x فاصله از ابتدای پرش و y₁ عمق اولیه پرش می باشد. همچنین نوسانات فشار با فاصله گرفتن از لبه پرش در پرش پله معکوس با بستر زبر، ابتدا افزایش یافته و پس از رسیدن به مقدار حداکثر سیر نزولی خود را طی میکند. 
نتیجه­گیری: در حالت کلی بهبود نوسانات در غالب بخشهای حوضچه آرامش از نوع پله معکوس و بستر زبر مشاهده گردید. نتایج تجربی ارائه شده می‎تواند در طراحی حوضچه آرامش با پله معکوس و بستر زبر، بر اساس ضخامت دالهای بتنی مورد نیاز برای اطمینان از پایداری پوشش های کف، مفید واقع شوند.

کلیدواژه‌ها

حوضچه آرامش؛ پله معکوس؛ بستر زبر

عنوان مقاله [English]

s

نویسندگان [English]

Roozbeh Riazi¹؛ Mahmood Shafaei Bajestan²؛ Heydar-Ali Kashkuli³

¹Assistant Prof. of Department of Civil Engineering, Dehdasht Branch, Islamic Azad University, Dehdasht, Iran.

²Professor, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

³Former Professor of Hydraulic Faculty, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran.

مراجع

1-      Hassounizadeh, H., and Shafaei-Bajestan, M. 2001. Investigation of the combined effects of hydrodynamic forces due to hydraulic jump and lifting forces on stilling basin’s bed. PhD thesis of Hydro Structures, Faculty of Water Science Engineering. Shahid Chamran University of Ahvaz. 281 p. [In Persian].

2-      Neysi, K., and Shafaei-Bajestan, M. 2009. Experimental study of the effect of roughness’s shape on hydraulic jump characteristics in stilling basins. M.Sc. thesis of Hydro Structures, Faculty of Water Science Engineering. Shahid Chamran University of Ahvaz. 125 p. [In Persian].

3-        Abdul-Kader, M.H., and Elango, K. 1974 Turbulent pressure beneath a hydraulic jump. Journal of Hydraulic Research, 12(4): 469–489.

4-      Aremenio, V., Toscano, P., and Fiorotto, V. 2000. The effects of a negative step in pressure fluctuations at the bottom of a hydraulic jump. Journal of Hydraulic Research, 38(5): 359-368.

5-      Bendat, J.S., and Piersol, A.G. 1971. Random data: analysis and measurement procedures. New York: John Wiley and Sons Inc.   

6-      Carollo, F.G., and Ferro, V. 2004b. Determination of pressure fluctuations in hydraulic jump in scarp bed. RI vista di Ingegneria Agraria, 35(4): 1–11 (in Italian).

7-      Carolo, F.G., Ferro, V., and Pam-Palone, V. 2007. Hydraulic Jumps on rough beds. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 133 (9): 989-999.

8-      Ead, S.A., and Rajaratnam, N. 2002. Hydraulic Jumps on corrugated Beds. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 128(7): 656-663.

9-      Fiorotto, V., and Rinaldo, A. 1992. Turbulent pressure fluctuations under hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Research,  30(4):499–520.

10-  Gill, M.A. 1980. Effect of boundary roughness on hydraulic Jump. Water Power & Dam construction, 32(Jan): 22–24.

11-  Hager, W.H., and Kawagoshi, N. 1990. Hydrualic Jump At rounded drop. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 89(4): 443-470.

12-  Hughes, W.C., Flack, J.E. 1984. Hydraulic jump properties over a rough Bed. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE,  110(12): 1755-1771.

13-  Izadjoo, F., and Shafai-Bejestan, M. 2007. Corrugated Bed Hydraulic Jump Stilling Basin. Journal of Applied Sciences, 7(8):1164-1169.

14-  Lopardo, R.A., and Henning, R.E. 1985. Experimental advances on pressure fluctuations beneath hydraulic jumps. Melbourne: 21st International Congress Association of Hydraulic Research.

15-  Moore, W.L., and Morgan, C.W. 1958. Hydraulic jump at an abrupt drop. Transaction. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 124(29): 507-524.

16-  Pagliara, S., Lotti, I., and Palermo, M. 2008. Hydraulic Jump on rough bed of stream rehabilitation structure. Journal of Hydro-environment research, 2(1): 29-38.

17-  Rajaratnam, N. 1968. Hydraulic jump on rough bed. ournal of Hydraulic Engineering, 128(7): 656-670.

18-  Sharp, J.J. 1974. Observations on Hydraulic jumps at rounded steps. Journal of hydraulic Division, 100(HY6): 787-795.

19-  Toso, J.W., and Bowers, C.E. 1988. Extreme pressures in hydraulic jump stilling basins. Journal of hydraulic Engineering, ASCE, 114(8): 829–843.