بررسی آزمایشگاهی اثر زبری جداره‌ی نهر مستطیلی بر فراسنج‌های هیدرولیکی جریان در قوس 90 درجه با نسبت شعاع به عرض2

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 3، دوره 7، شماره 22، آذر و دی 1393، صفحه 23-36   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

یوسف قدو¹؛ محمود شفاعی بجستان²؛ عزیز سوزه پور^{* 3}

¹فارغ التحصیل کارشناسی ارشد سازه‌های آبی دانشگاه شهید چمران اهواز

²استاد دانشگاه شهید چمران اهواز

³دانشجوی دکتری سازه‌های آبی دانشگاه شهید چمران اهواز

تاریخ دریافت: 09 مهر 1393،  تاریخ پذیرش: 09 مهر 1393 

چکیده

مطالعه‌ی حاضر به منظور بررسی اثر زبری جداره‌ی نهر مستطیلی بر فراسنجهای هیدرولیکی جریان در قوس 90 درجه تند با نسبت شعاع انحنای خط مرکزی به عرض 2 انجام شد. آزمایشها به ازای سه زبری جداره‌ی 5/0، 2 و5 میلی متر در عدد فرود ثابت 17/0 انجام گرفت. در هر آزمایش، و در طول قوس، مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان با استفاده از سرعت‌سنج JFE ALEC در 480 نقطه اندازه‌گیری شد. ترسیم بردارهای سرعت و الگوی جریان با استفاده از نرم‌افزارهای Surfer و Ttecplot انجام گرفت. نتایج نشان دادند که در لایه‌ی نزدیک سطح آب، خطوط جریان به سمت جداره‌ی بیرونی، و در لایه‌ی نزدیک کف، خطوط جریان به سوی جداره‌ی داخلی کشیده شده‌اند، که با افزایش زبری جداره، انحراف خطوط جریان افزایش یافته است. ناحیه‌ی پر سرعت در محدوده‌ی 30 تا 60 درجه بیشتر به سمت جداره‌ی داخلی، و در امتداد عمق توزیع شده است، که از موقعیت 60 درجه به بعد به سمت جداره‌ی خارجی کشیده می‌شود. هسته‌ی اصلی جریان ثانویه نزدیک جداره‌ی داخلی دیده شد که به ازای هر سه زبری جداره در ناحیه‌ی 60 درجه‌ی قوس شکل گرفت. افزایش زبری باعث به تاخیر افتادن استهلاک هسته‌ی جریان ثانویه در انتهای قوس گردیده است. افزایش زبری جداره باعث افزایش تنش برشی بستر در نواحی پر تنش شده است. همچنین، محدوده‌ی 70 تا 80 درجه‌ی قوس به عنوان ناحیه‌ی با بیشترین قدرت جریان ثانویه تعیین گردید. در یک مقطع عرضی، با افزایش زبری جداره‌ی نهر، قدرت جریان ثانویه کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

قوس تند؛ زبری بدنه؛ سلول چرخش؛ تنش برشی

عنوان مقاله [English]

An Experimental Study of the Effect of a Small-Scale Rectangular Canal’s Wall Roughness on the Flow Patterns in a 90° Sharp Bend with a Radius of Curvature to the Bottom Width Ratio of 2

نویسندگان [English]

Y. GH¹؛ M. SH²؛ A. S³

چکیده [English]

The wetted perimeter’s roughness, the radius of curvature and its ratio to the bottom width affect the flow velocity and its patterns. This laboratory study was conducted in a 90° sharp bend flume with a rectangular cross-sectional area, and the radius of curvature to the bottom with ratio of 2. The experiments were conducted under a constant Froude No. of 0.17 with 3 wall roughnesses of 0.5, 2.0 and 5.0 mm. The three components of the flow velocity were measured at 480 points. The flow lines in the high velocity zone of 30° to 60° were mostly deflected towards the inner wall and along the channel depth. However, they gradually turned towards the outer wall where the deflection angle exceeded 60°. Further, the main rotational cell of the secondary flow was formed close to the inner wall at all 3 roughnesses at the 60° alignment of the bend. An increase in the wall roughness delayed the decay of the rotational cell at the bend’s termination. It was also observed that the bed shear stress was increased in the highly stressed area with an increase in the wall roughness. The area delimited by the 70° and 80° was singled out showing the highest shear stress. Moreover, it was established that the secondary flow strength at any cross sectional area decreased with an increased in the wall roughness.

کلیدواژه‌ها [English]

Sharp bend, wall roughness, rotational cell, Shear stress