بررسی آزمایشگاهی پارامترهای هیدرولیکی شیب‌شکن قائم مجهز به صفحات مشبک ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه مراغه، مراغع، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران

چکیده

در بسیاری از سازه‌های روگذر جریان از جمله شیب شکن‌های قائم، استفاده از مستهلک کننده انرژی جریان و بررسی تاثیر آن بر روی پارامترهای هیدرولیکی از مهم ترین مباحث هیدرولیکی می‌باشد. در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی رفتار پارامترهای هیدرولیکی ناشی از بکارگیری صفحات مشبک به صورت ترکیبی (افقی-قائم( در شیب شکن‌های قائم پرداخته شده است. نتایج نشان داد که استفاده از صفحات مشبک به صورت ترکیبی در شیب شکن‌های قائم باعث کاهش طول نسبی تلاطم و افزایش عمق نسبی استخر و افزایش استهلاک انرژی نسبی نسبت به شیب شکن قائم ساده می‌گردد. همچنین مشخص گردید که با افزایش پارامتر عمق بحرانی نسبی پارامترهای طول نسبی خیس شده صفحات مشبک قائم، طول نسبی تلاطم و عمق نسبی استخر، افزایش و استهلاک انرژی نسبی کاهش می‌یابد. بررسی میزان استهلاک انرژی کل سیستم توسط مولفه‌های مستهلک کننده انرژی جریان نیز نشان داد که با افزایش عمق بحرانی نسبی عملکرد مولفه شیب شکن قائم توام با صفحه مشبک افقی کاهش و عملکرد مولفه صفحه مشبک قائم افزایش می‌یابد. این در حالی است که سهم مولفه شیب شکن قائم توام با صفحه مشبک افقی بیش از 82 درصد استهلاک انرژی کل سیستم است. افزایش درصد تخلخل صفحات مشبک نیز باعث کاهش پارامترهای طول نسبی خیس شده صفحات مشبک افقی و قائم، طول نسبی تلاطم و عمق نسبی استخر و افزایش استهلاک انرژی نسبی گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental investigating on hydraulic parameters of vertical drop equipped with combined screens

نویسندگان [English]

  • Vadoud Hasannia 1
  • Rasoul Daneshfaraz 2
  • Sina Sadeghfam 3
1 M.Sc. in Civil Engineering-Hydraulic Structures, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
چکیده [English]

In many overflow structures such as vertical drops, using the flow energy dissipator and investigating the subsequent effect on the hydraulic parameters are the most important issues in hydraulics. This study experimentally investigates the behavior of hydraulic parameters through the utilization of combined screens (horizontal-vertical) in vertical drops. The results revealed that the utilization of the screens combined with vertical drops reduces the relative mixing length and increases the relative pool depth and relative energy loss with respect to a plain vertical drop. It was also observed that the increase in the relative critical depth result in the increase in the relative wetted length of the vertical screens, the relative mixing length and the relative pool depth, and decrease in the relative energy loss. Evaluating the total energy dissipation of system by the effective components of energy dissipation exhibited that, by increasing relative critical depth, the performance of vertical drop equipped with horizontal screen decreases and the performance of vertical screen increases. However, the contribution of vertical drop equipped with a horizontal screen is more than 82% of the total energy loss of the system. Also, increasing the porosity of screen reduces the relative wetted length of horizontal and vertical screens, the relative mixing length and relative pool depth, and increase the relative energy loss.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Overfall structure
  • energy dissipator
  • energy loss
  • relative critical depth
  • porosity percentage
 
[1] Moore W.L. (1943) “Energy loss at the base of a free overfall”, Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1) 1343-1360.
[2] Rajaratnam N. and Chamani M.R. (1995) “Energy loss at drops”, Journal of Hydraulic Research, 33(3) 373-384.
[3] Kabiri-Samani A.R. Bakhshian, E. and Chamani M.R. (2017) Flow characteristics of grid drop-type dissipators, Flow Measurement and Instrumentation, 54 298-306.
[4] Daneshfaraz R. Sadeghfam and S. Hasanniya V. (2019) “Experimental investigation of energy dissipation the vertical drops equipped with a horizontal screen with the supercritical flow”, Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(6) 1421-1436 (in Persian).
[5] Rajaratnam N. and Hurtig K. (2000) “Screen-type energy dissipator for hydraulic structures”, Journal of Hydraulic Engineering 126(4) 310-312.
[6] White M.P. (1943) “Discussion of Moore”, ASCE 108 .4631-1631
[7] Rand W. (1955) “Flow geometry at straight drop spillways”, In Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 81(9) 1-13.
[8] Gill M.A. (1979) “Hydraulics of rectangular vertical drop structures”, Journal of Hydraulic Research, 17(4) 289-302.
[9] Lin C.  Hwung W.Y. Hsieh S.C. and Chang K.A. (2007) “Experimental study on mean velocity characteristics of flow over vertical drop”, Journal of Hydraulic Research 45(1) 33-42.
[10] Hong Y.M. Huang, H.S. and Wan S. (2010) “Drop characteristics of free-falling nappe for aerated straight-drop spillway”, Journal of Hydraulic Research 48(1) 125-129.
[11] Liu S.I. Chen J.Y.  Hong, Y.M. Huang H.S. and Raikar R.V. (2014) “Impact Characteristics of Free Over-Fall in Pool Zone with Upstream Bed Slope”, Journal of Marine Science and Technology 22(4) 476-486.
[12] Daneshfaraz R. Sadeghfam S. and Hasannia, S. (2020) “Experimental investigating effect of Froude number on hydraulic parameters of vertical drop with supercritical flow upstream”, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(7) 1-17 (in Persian).
[13] Esen I.I.  Alhumoud J.M. and Hannan K.A. (2004) “Energy Loss at a Drop Structure with a Step at the Base”, Water international 29(4) 523-529
[14] Sharif M. and Kabiri-Samani A. (2018) “Flow regimes at grid drop-type dissipators caused by changes in tail-water depth”, Journal of Hydraulic Research, 56(4) 1-12.
[15] Çakir P.  (2003) “Experimental investigation of energy dissipation through screens”, Citeseer.
[16] Balkiş, G.  (2004) “Experimental investigation of energy dissipation through inclined screens”, M. Sc. Thesis, Department of Civil Engineering Middle East Technical.
[17] Sadeghfam S. Akhtari A.ADaneshfaraz R. and Tayfur G. (2015) “Experimental investigation of screens as energy dissipaters in submerged hydraulic jump”, Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 38(2) 126-138.
[18] Daneshfaraz R.  Sadeghfam S. and Ghahramanzadeh A. (2017) “Three-dimensional numerical investigation of flow through screens as energy dissipators”, Canadian Journal of Civil Engineering 44(10) 850859
[19] Chanson H. and Toombes L. (1998) “Supercritical flow at an abrupt drop: Flow patterns and aeration”, Canadian Journal of Civil Engineering 25(5) 956-966.
[20] Bakhmeteff M.W. (1932) “Hydraulics of open channels”, McGraw-Hill book company, Inc, New York and London.