بررسی آزمایشگاهی تأثیر جامپ بر آبشستگی پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع C

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.

چکیده

سرریزهای کلیدپیانویی شکل جدید و تکامل‌یافته‌ی سرریزهای کنگره‌ای هستند. بررسی اتلاف انرژی و آبشستگی پایین‌دست سرریزهای کلیدپیانویی، به‌دلیل راندمان بالای این سازه‌ها و کاهش خطرات مالی و جانی، اهمیت بیشتری دارد. در این تحقیق از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع C و با ارتفاع‌ 2/0 متر استفاده شد. همچنین از دو جامپ با شعاع 0/15 و 0/21 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز نیز استفاده شد. پس از تنظیم دبی جریان و عمق پایاب، آبشستگی آغاز می‌شد و سپس با گذشت زمان تعادل، پمپ خاموش شده و بعد از زهکشی کامل، پروفیل بستر توسط متر لیزری برداشت شد. نتایج چنین بود که وجود جامپ باعث افزایش بیشینه عمق آبشستگی می‌شود؛ همچنین وجود جامپ باعث دورشدن فاصله‌ی بیشینه عمق آبشستگی از پنجه سرریز می‌شود. با افزایش شعاع جامپ‌ها، بیشینه عمق آبشستگی نیز افزایش می‌یابد. طول بیشینه عمق آبشستگی نسبت به پنجه سرریز با شعاع بیشتر حدود 12 درصد بیشتر از طول بیشینه عمق آبشستگی نسبت به پنجه سرریز با شعاع کمتر است. میانگین طول بیشینه عمق آبشستگی نسبت به پنجه در سرریزهای با شعاع جامپ 0/21 متر و 0/15 متر نسبت به سرریز بدون جامپ، حدود 29/4 و 19/5 درصد بیشتر و از پنجه سرریز دورتر است. همچنین وجود جامپ باعث کاهش آبشستگی در پنجه سرریز شد. آبشستگی پنجه سرریز، در سرریز با ارتفاع جامپ بزرگتر نسبت به سرریز بدون جامپ، حدود 42 درصد کمتر است. میانگین شاخص آبشستگی در سرریزهای با شعاع جامپ 0/21 و 0/15 متر نسبت به سرریز بدون جامپ، حدود 2/77 و 0/52 درصد کمتر است. همچنین با افزایش شعاع جامپ، ضریب آبگذری کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental study of the effect of jump on the Downstream Scouring of type-C trapezoidal piano key weir

نویسندگان [English]

  • Kadhim Challoob Mshali 1
  • ali khoshfetrat 1
  • Amirhossein Fathi 2
1 Faculty of Civil Engineering, Islamic Azad University of Isfahan (Khorasgan), Isfahan, Iran
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Piano key weirs (PKWs) represent an evolved and novel type of labyrinth weirs, offering a higher discharge coefficient when compared to linear weirs. Recent attention has focused on investigating energy loss and downstream scouring associated with piano key weirs, given their high efficiency and potential for reducing financial and life risks. In this research, a type-C trapezoidal piano key weir with a height of 0.2 m was utilized, incorporating two jumps with radii of 0.15 and 0.21 m at the weir outlet keys. After setting the flow rate and the tailwater, scouring was started, and then after the equilibration time, the pump was turned off after complete drainage, and the bed profile was taken by a laser meter. The findings indicated that the presence of a jump contributes to an increase in maximum scour depth. Furthermore, the presence of a jump causes the maximum scouring depth to occur further away from the weir toe. Increasing the radius of the jumps also results in an augmented maximum scour depth. The length of the maximum scour depth, compared to the weir toe, is approximately 12% greater in weirs with a bigger jump radius than those with a smaller radius. On average, the maximum length of the scour depth about the weir toe is 29.4% and 19.5% longer in weirs with jump radii of 0.21 and 0.15 m, respectively, compared to weirs without jumps. Additionally, the presence of a jump diminishes scouring at the weir toe, with toe scour being approximately 42% less pronounced in weirs with a bigger jump height compared to weirs without jumps. The average scour index in weirs with jump radii of 0.21 and 0.15 m is approximately 2.77% and 0.52% lower, respectively, compared to weirs without jumps. Moreover, an increase in jump radius correlates with a decrease in the discharge coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piano key Weir (PKW)
  • Local Scour
  • Jump Effect
  • Experimental Investigation
  • Discharge Coefficient

مراجع

[1]. Jüstrich, S., Pfister, M. & Schleiss, A.J., 2016. Mobile riverbed scouring downstream of a piano key weir. Journal of Hydraulic Engineering, 142(11), p.04016043. https://doi.org/10.1061/ASCE HY.1943-7900.0001189.
[2]. Gohari, S. & Ahmadi, F., 2019. Experimental study of downstream scour of piano keys weirs. Journal of Water and Soil Conservation, 26(1), pp.91-109. https://doi.org/10.22069/JWSC.2019.14680.2961.
[3]. Ghafouri, A., Ghodsian., M. & Abdi, Ch., 2020. Experimental study on the effect of discharge and tailwater depth on bed topography downstream of a piano key weir. Journal of Hydraulics, 15(3), pp.107-122. https://doi.org/10.30482/JHYD.2020.236770.1465.
[4]. Kumar, B. & Ahmad, Z., 2022. Scour downstream of a piano key weir with and without a solid apron. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 148(1), p.04021066. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001647.
[5]. Mosalman Yazdi, A., Hosseini, S.A., Nazari, S. & Amanian, N., 2020. Comparison of downstream scour of the rectangular and trapezoidal piano key weirs. Journal of Hydraulics, 15(2), pp.95-112. https://doi.org/10.30482/JHYD.2020.227522.1453.
[6]. Ghodsian, M., Abdi, Ch. & Ghafouri, A., 2021. Scouring of triangular and trapezoidal pianos key weir. Journal of Hydraulics, 16(2), pp.43-58. https://doi.org/10.30482/JHYD.2021.261439.1497.
[7]. Jamal, A.A.R., Tahaa, K.Y. & Hayawi, G.A.A.M., 2022. Experimental Study of Scour Downstream Piano Key Weir Type C with Changing Height of Weir Width of Keys and Apron. https://doi.org/10.33899/rengj.2021.130402.1101.
[8]. Lantz, W., Crookston, B.M. & Palermo, M., 2021. Apron and cutoff wall scour protection for piano key weirs. Water, 13(17), p.2332. https://doi.org/10.3390/w13172332.
[9]. Abdi Chooplou, C., Bodaghi, E. Ghodsian, M., & Vaghefi, M. 2022. Temporal evolution of scouring downstream of a trapezoidal PKW. International Journal of River Basin Management, 1-14. https://doi.org/10.1080/15715124.2022.2143513.
[10]. Abdi Chooplou, C., Kazerooni, S., Ghodsian, M., & Vaghefi, M. 2022. Experimental study of scouring downstream of type-A piano key weirs. Arabian Journal of Geosciences, 15(23), 1702. https://doi.org/10.1007/s12517-022-11001-9.
[11]. Bodaghi, E., Ghodsian, M. and Abdi, C., 2023. The experimental study of downstream scouring of trapezoidal Piano key weir type A under free and submerged flow. Journal of Hydraulics, 18(1), pp.18-1. https://doi.org/10.30482/JHYD.2022.330389.1590.
[12]. Sumer, B.M. & Fredsoe, J., 1991, August. Onset of scour below a pipeline exposed to waves. In The First International Offshore and Polar Engineering Conference. https://doi.org/10.1115/OMAE2010-20719.
[13]. Novák, P. & Čabelka, J., 1981. Models in hydraulic engineering: Physical principles and design applications. Monographs & surveys in water resources engineering.
[14]. Chiew, Y.M., 1992. Scour protection at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, 118(9), pp.1260-1269.  https://doi.org/10.1061/ASCE0733-94291992118:91260.
[15]. Rdhaiwi, A.Q., Khoshfetrat, A. and Fathi, A., 2023. Experimental Investigation of Scour Downstream of A C-Type Trapezoidal Piano Key Weir with Stilling Basin. Journal of Engineering and Sustainable Development, 27(6), pp.688-697. https://doi.org/10.31272/jeasd.27.6.2.
[16]. Rdhaiwi, A.Q., Khoshfetrat, A. and Fathi, A., 2024. Experimental comparison of flow energy loss in type-B and-C trapezoidal piano key weirs. Journal of Engineering and Sustainable Development, 28(1), pp.55-64. https://doi.org/10.31272/jeasd.28.1.4
[17]. Fathi, A., Abdi Chooplou, C. and Ghodsian, M.G., 2023. An Experimental Study of Flow Energy Loss in Trapezoidal Stepped Piano Key Weirs (PKWs). Modares Civil Engineering journal, 23(4), pp.163-174. https://doi.org/10.22034/23.4.163.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 56، شماره 11
1403
صفحه 1353-1368

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار