بررسی نوسانات فشار در طول پرش هیدرولیکی در حوضچه واگرای ناگهانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران

چکیده

پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش، از دیدگاه ماکروسکوپی، یک جریان ماندگار و متغیر ناگهانی است که با سطح جریان منقطع دوفازی و گرداب های قوی همراه است. فشار های نوسانی ناشی از تلاطم در پرش می تواند با ایجاد حفره، فرسایش و لرزش موجب آسیب قابل توجهی در حوضچه گردد. در این مقاله به مشخصات نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی نوع s در مقاطع واگرای ناگهانی پرداخته شده است. تاثیر نسبت واگرایی مقطع و شرایط ورودی جریان در پارامتر بدون بعد انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار (Cp') و فشارهای حدی (Cp+, Cp-) پرداخته شده است. به این منظور آزمایش‌ها در یک فلوم نسبتا بزرگ به عرض 8/0 و طول 12 متر در حوضچه آرامش با نسبت های واگرایی 33/0، 5/0، 67/0 و 1 در محدوده اعداد فرود بین 5/2 تا 5/9 صورت گرفت. داده های فشار با استفاده از مبدل فشار با فرکانس نمونه برداری 40 هرتز برداشت شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که انحراف معیار نوسانات فشار و فشارهای حدی ناشی از پرش هیدرولیکی وابسته به عدد فرود جریان ورودی و موقعیت نقطه مورد نظر نسبت به پنجه پرش می باشد. به طوری که حداکثر ضرایب نوسانات فشار در فاصله 10 تا 30 برابر عمق اولیه پرش نسبت به پنجه پرش رخ می دهد. واگرایی در مقطع پرش سبب کاهش ضرایب نوسانات فشار می‌باشد. به طوری که در نسبت‌های واگرایی 33/0، 5/0 و 67/0 انحراف معیار نوسانات فشار به ترتیب برابر با 43%، 38% و 19 % در مقایسه با پرش کلاسیک کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Pressure Fluctuations in Hydraulic Jump Investigation of Stilling Basin at Sudden Expansion

نویسندگان [English]

  • M. Karimi1
  • S.H. Musavi Jahromi
  • M. Shafai-Bajestan
Student, Faculty of Water Science Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

The hydraulic jump in the stilling basin can be considered macroscopically as a time-averaged steady, abruptly varied flow characterized by a free surface discontinuity and the formation of strong vortex that generates macro turbulent fluctuations.This paper are discussed the characteristics of pressure fluctuations in spatial hydraulic jumps with sudden expansion stilling basin. The effects of the channel expansion ratio and inflow condition on the dimensionless standard deviation of pressure fluctuations (cp') and extreme pressure fluctuations (Cp+, Cp-) in the hydraulic jump were examined. In this study many tests were conducted in a relatively large flume size of 0.8 meter wide and 12 meter length. data were presented for Froude numbers from 2.5 to 9.5 and channel expansions ratio (B1/B2) was 0.33, 0.5, 0.67 and 1. Pressure data were recorded by means of pressure transducers systems. A sampling frequency of 40 Hz was selected. The results show that the dimensionless standard deviation of pressure fluctuations and extreme pressure fluctuations of the hydraulic jump are dependent on the inflow Froude number and position from the toe of the jump. Fluctuating pressure at the position of about (10-30)Y1, can reach the maximal value. And indicates that the sudden expansion at the hydraulic jump decreases pressure fluctuations. The dimensionless standard deviation of pressure fluctuations (Cp') decreases on the order 43%, 38% and 19% for expansions ratio β = 0.33 , 0.5 and 0.7, respectively compared with classic jump.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pressure fluctuations
  • Spatial hydraulic jump
  • Sudden expansion
  • Stilling basin

مراجع

[1] Bowers, C. E. and F. Y. Tsai (1969). "Fluctuating pressures in spillway stilling basins." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 95: 2071-2079.
[2] Bowers, C. E. and J. W. Toso (1985). "Karnafuli hydroelectric project, hydraulic model studies of spillway damage." Proc, Specialty Conf. Hydr. And Hydral,ASCE: 2071-2079.
[3] Bowers, C. E. and J. W. Toso (1988). "Karnafuli hydroelectric project, hydraulic model studies of spillway damage." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 114(5): 469-483.
[4] Elder, R. A. (1961). "Model-prototype turbulence scaling." iX iAHR Congress Dubrovnik: 24-31.
[5] Abdul Khader, M. H. and K. Elengo (1974). "Turbulent pressure field beneath a hydraulic jump." Journal of Hydraulic Research 12(4): 469-489.
[6] Lopardo, R. A. and H. G. Solari (1980). "Pressure fluctuations beneath free hydraulic jump." Proc. 9th Latin American Hydraulics Congress: 69-78.
[7] Akbari, M. E., et al. (1982). "Pressure fluctuations on the floor of free and forced hydraulic jumps." Int. Conf. Hydraulic Modelling of Civil Engineering Structures:87-96.
[8] Lopardo, R. A., et al. (1982). "Physical modelling on cavitation tendency for macroturbulence of hydraulic jump." Int. Conf. on the Hydraulic Modelling of Civil Engineering Structures: 109-121.
[9] Lopardo, R. A. and R. E. Henning (1985). "Experimental advances on pressure fluctuations beneath hydraulic jumps." 21st IAHR Congress 3: 633-638.
[10] Fiorotto, V. and A. Rinaldo (1992). "Fluctuating Uplift and Lining Design In Spillway Stilling Basins." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 118(4): 578-596.
[11] Fiorotto, V. and A. Rinaldo (1990). "Discussion of Karnafuli project, model; studies on spillway damage."Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 116(6): 850-852.
[12] Pirouz, B. and M. R. Kavianpour (2002). "Spectral analysis of pressure fluctuations under hydraulic jumps."13th IAHR-APD Conf: 115-120.
[13] Zhen-xiang, W. and L. Guo-chong (1993). "A study of wave characteristics after hydraulic jump." Journal of Hydrodynamics 5(1): 58-62.
[14] Bremen, R. and H. T. Hagerw (1993). "Jump in abruptly expanding channel." Journal of Hydraulic Research 31(1): 61-78.
[15] Fiorotto, V. and A. Rinaldo (1992). "Turbulent pressure fluctuations under hydraulic jumps." Journal of Hydraulic Research 30(4): 499-520.
[16] Toso, J. W. and C. E. Bowers (1988). "Extreme pressures in hydraulic jump stilling basins." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 114(8): 829-843.
[17] Vasiliev, O. F. and V. I. Bukreyev (1967). "Statistical characteristic of pressure fluctuations in the region of hydraulic jump." in Proceedings of the 12th IAHR Congress 2: 1-8.
[18] Zhang, S. M. (1992). "Similarity law of fluctuating pressure within hydraulic jump area." Journal of Hydrodynamics: 46-51.
[19] Pirooz, B. and M. R. Kavianpour (2000). "Experimental Investigation of Pressure Fluctuations Beneath Hydraulic Jumps." 29th IAHR Congress.
[20] Mohammady, B. (2001). "Experimental Investigation of Pressure Fluctuations Beneath Hydraulic Jumps in stilling basins with negative slopes." 29th IAHR Congress.
[21] Armenio, V., et al. (2000). "On the Effect of a Negative Step in Pressure Fluctuations at the Bottom of a Hydraulic Jump." Journal of Hydraulic Research 38(5): 610-619.
 [22] Bellin, A. and V. Firotto (1995). "Direct Dynamic Force Measurement on Slabs in Spillway Stilling Basins."Journal of the Hydraulics Division, ASCE 121: 686-693.
[23] Farhoudi, J. and R. Narayanan (1991). "Force on Slab Beneath Hydraulic Jump." Journal of the Hydraulics Division, ASCE 117: 469-483.
[24] Farhoudi, J. and R. E. Volker (1995). "Drag Force Acting on Baffle Blocks in the Stilling Basin." Iran journal water resources engineering 1(3): 47- 67.
[25] Rouse, H. (1985). "Turbulence Characteristics of Hydraulic Jump." Journal of the Hydraulic. Division,ASCE 84: 1-30.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 49، شماره 2
مرداد 1396
صفحه 263-272

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار