بررسی فشارهای ناشی از برخورد جت‌های ریزشی به بستر حوضچه استغراق

محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاری

منوچهر فتحی مقدم ¹ (استاد گروه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز)
سجاد کیانی ² (دانشجوی دکتری؛ گروه سازه‌های آبی؛ دانشکده مهندسی علوم آب؛ دانشگاه شهید چمران اهواز)
بابک لشکرآرا ³ (استادیار؛ گروه مهندسی عمران؛ دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول)

تاریخ دریافت : 1395/04/12 تاریخ پذیرش : 1395/08/01 تاریخ انتشار : 1395/12/01

کلید واژه: عدد فرود, جت ریزشی, سرریز سد, سطح زبر, حوضچه استغراق,

چکیده مقاله :

حوضچه‌های استغراق به‌منظور استهلاک انرژی اضافی در پایین‌دست سرریزهای ریزشی سدها ساخته می‌شود. سرعت جریان در اثر برخورد جت آب به بستر حوضچه به فشار دینامیکی تبدیل می‌شود. هدف تحقیق حاضر، بررسی فشار ناشی از برخورد یک جت قائم به بستر حوضچه استغراق می‌باشد. از این‌رو، آزمایش‌ها برای چهار دبی مختلف (متناسب با قطر نازل بین 6 تا 5/27 لیتر بر ثانیه متغیر بوده) در سه قطر نازل متفاوت 3/4، 2/5 و 2/8 سانتی‌متر برای چهار ارتفاع ریزش 37، 60، 90 و 120 سانتی‌متر انجام شده است. همچنین آزمایش‌ها برای سطوح صاف و زبر در شرایط هیدرولیکی یکسان انجام و نتایج آن‌هابا یکدیگر مقایسه شده است. مقادیر فشار دینامیکی توسط یک ترانسدیوسر فشار اندازه‌گیری شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که افزایش قطر نازل جت موجب کاهش ضریب فشار دینامیکی می‌شود. همچنین نتایج نشان‌دهنده یک افزایش در مقدار فشار دینامیکی به دلیل وجود زبری در صفحه برخورد است. بعلاوه، تغییرات عدد فرود جت جریان و ارتفاع ریزش تأثیر بسزایی بر روی فشار دینامیکی دارد. مقدار بیشینه فشار دینامیکی در مرکز صفحه تماس بوده و با دور شده از مرکز صفحه، مقدار آن به‌تدریج کاهش می‌یابد.

چکیده انگلیسی:

Plunging pools are constructed at the downstream of dam spillways to dissipate the excess energy. The turbulent flow velocity converts to the dynamic pressure due to impact of flow with the pool’s bed. The aim of this research is to determine impact pressure of a vertical jet on plunging pool bed. Hence, the experiments were carried out in four different discharges (ranging from 6 to 27.5 lit/s according to the nozzle diameters), three jet diameters including 4.3, 5.2 and 8.2 cm and four falling heights of 37, 60, 90 and 120 cm. Also the experiments are conducted in similar flow conditions for smooth and rough surfaces, and results are compared. Dynamic pressures were measured with a pressure transducer. The analysis of data showed that increase of jet diameter causes decrement in the dynamic pressure coefficient. Results revealed an increase in dynamic pressures due to roughness of contacting surface. Moreover, variations of jet Froude number and fall length have significant effects on the dynamic pressure coefficient. The impact pressure was the highest in the surface center and was gradually reduced in outer zones.

منابع و مأخذ:

Bollaert, E. and Schleiss, A. 2003a. Scour of rock due to the impact of plunging high velocity jets, Part I: A state-of-the-art review. Journal of Hydraulic Research, 41: 451-464.

Bollaert, E. and Schleiss, A. 2003b. Scour of rock due to the impact of plunging high velocity jets, Part II: Experimental results of dynamic pressures at pool bottoms and in one-and two-dimensional closed end rock joints. Journal of Hydraulic Research, 41: 465-480.

Castillo, L., Puertas, J., and Dolz, J. 1999. Discussion: Pressure fluctuations on plunge pool floors (Ervine, D. A., Falvey, H. T. and Withers, W.). Journal of Hydraulic Research, 37: 272-277.

Castillo, L., Puertas, J. and Dolz, J. 2004. Discussion: Scour of rock due to the impact of plunging high velocity jets, Part I: A state-of-the art review. (Bollaert, E. and Schleiss, A.). Journal of Hydraulic Research, 41: 451-464.

Castillo, L. and Luis, G. 2006. Aerated jets and pressure fluctuation in plunge pools. Proceeding the 7th International Conference on Hydro Science and Engineering (ICHE), 10–13 Sep, Drexel University, Philadelphia, USA.

Castillo, L. 2007. Pressure characterization of undeveloped and developed jets in shallow and deep pool. Proceeding 32nd Congress of IAHR, the International Association of Hydraulic Engineering and Research, Venice, Italy, july 2007, 2: 645-655.

Ervine, D. A. and Falavey, H. T. 1987. Behavior of turbulent jets in atmosphere and in plunge pools. Proceeding of the Institution of the Civil Engineering, 83: 295-314.

Ervine, D. A., Falavey, H. T. and Withers, W. 1997. Pressure fluctuation on plunge pool floors. Journal of Hydraulic Research, 35: 491-513.

Ghaneeizad S.M., Atkinson J.F. and Bennett S.J. 2015. Effect of flow confinement on the hydrodynamics of circular impinging jets: implications for erosion assessment. Journal of Environ Fluid Mechanics, 15: 1-25.

Hartung, F. and Häusler, E. 1973. Scours, stilling basins and downstream protection under free overfall jets at dams. Proceedings of the 11th Congress on Large Dams, Madrid, june 1973.

Kerman Nejad, J., Fathi-Moghadam, M., Lashkarara, B. and Haghighipour, S. 2011. Dynamic pressure of filip bucket jet. World Applied Sciences Journal, 12: 1165-1171.

Liu, P., Gao, J., Li, Z. and Li, Y. 1997. Mechanism of energy dissipation and hydraulic design for plunge pools downstream of large dams. The 27th Congress Energy and Water Sustainable Research, ASCE, New Delhi, February 1997.

Peter, J. R. 1994. Force and pressure measurements in spillway plunge pools. The National Conference of Hydraulic Engineering, ASCE, New York, August 1994.