هیدرولیک
سال:1384 | دوره:1 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

یکی از انواع دریچه های کنترل شده جریان آب که در دنیا در مقیاس وسیع از آن استفاده می شود، دریچه قوسی است. علی رغم کاربرد وسیع، تخمین دبی این دریچه ها کار ساده ای نیست و مطالعات چندانی در این زمینه انجام نشده است. در تحقیق حاضر چند رابطه جدید برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی در شرایط مستغرق و آزاد ارایه شده که با استفاده از آنها، برآورد دبی جریان با دقت بیشتری انجام می شود. در این روابط ضریب دبی جریان، به عنوان تابعی از نسبت بار آبی به عمق بازشدگی دریچه و زاویه لبه دریچه با خط افق، در نظر گرفته شده است. برای به دست آوردن این روابط، از داده های آزمایشگاهی منتشر شده توسط محققان قبلی و برازش چند متغیره غیرخطی استفاده شده است. اعتبار روابط به دست آمده، با بررسی چند پارامتر آماری، نظیر میانگین خطای تخمین و بیشینه خطای تخمین و خطای استاندارد تخمین و همچنین با استفاده از چند مجموعه داده اندازه گیری شده میدانی، تایید شد. در تحقیق حاضر محدوده دبی جریان مورد استفاده برای دریچه های قوسی آزاد در آزمایشگاه بین 0.030 تا 0.320 متر مکعب بر ثانیه و در میدان بین 0.110 تا 239.6 مترمکعب بر ثانیه بوده است. نتایج نشان داد که روابط به دست آمده، برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی مستغرق و آزاد مناسب است. با استفاده از این روابط، متوسط خطای تخمین ضریب دبی را در حالت مستغرق، تا 0.02 و در حالت آزاد تا 0.01 می توان کاهش داد.

مصالح رسوبی بستر در بازه های قوسی شکل، به دلیل وقع جریان حلزونی ناشی از شرایط انحنا، تحت تاثیر این جریان از ساحل قوس خارجی به سمت قوس داخلی رانده شده و بنابراین دستیابی به جریان، با میزان رسوب کمتر در ساحل قوس خارجی برای اهداف عملی انحراف جریان آب امکان پذیر است. همچنین به دلیل فرسایشی که در قوس خارجی به وقوع می پیوندد، عمق آب در این ناحیه افزایش یافته و بار بستر، در عمق بیشتری از سردهانه آبگیر حرکت خواهد کرد، لذا در مکانی از قوس که در آن، جرین مارپیچی به بلوغ کامل یا به حداکثر قدرتش رسیده باشد، شرایط فوق تشدید یافته و محل مناسبتری برای جانمایی آبگیر است.در این تحقیق، موقعیت این مکان بر روی مدلی با مقطع ذوزنقه ای در آبراه سینوسی با تزریق پیوسته رسوب (بار بستر) بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که موقعیت شکل گیری چاله و نیز سایر پارامترهای مربوط، تابعی از عدد فرود جریان ورودی قوس است. موقعیت بلوغ جریان حلزونی یا مکان بیشترین فرسایش، با افزایش عدد فرود، از نواحی پایین دست به بالادست جریان در قوس منتقل می شود.

در مجاری روباز سازه های مسیر جریان، تغییر شرایط مرزی و یا تغییر شیب و سطح مقطع در طول کانال، موجب بروز حالتهای مختلفی از جریان غیرماندگار می شوند. یکی از این شرایط، وقوع جریان دوگانه است که در آن، هر دو رژیم زیربحرانی و فوق بحرانی وجود دارد. مثال بارز این نوع جریان، پرش هیدرولیکی متحرک است. تحلیل عددی این جریان از پیچیدگی های خاصی برخوردار است و از نظر آزمایشگاهی نیز، داده های انتشاریافته چندانی درباره آن وجود ندارد. از این رو مطالعه آزمایشگاهی و تعیین ویژگیهای هیدرولیکی آن مدنظر قرار گرفت. آزمایشها در فلوم مستطیلی انجام شد که در بالادست، به دریچه ای کشویی محدود بود. هیدروگراف دبی با رژیم فوق بحرانی از زیر دریچه خارج می شد و به این ترتیب جهش هیدرولیکی متحرک شکل می گرفت که پروفیل آن در هر لحظه ثبت می شد. برمبنای برداشتها، پارامترهای جریان دوگانه در زمانهای مختلف به دست آمد و روند تغییرات آنها با درنظر گرفتن غیرماندگاری جریان تحلیل شد. نتایج، تغییر پارامترها سبت به تغییرات دبی یا انرژی و همینطور وضعیت فشار در مقطع زیربحرانی جریان دوگانه را، مستقل از زمان و تابع روابط معینی نشان می دهد. بنابراین با معلوم بودن تغییرات شرط مرزی بالادست، می توان روابط مناسبی را برای پیش بینی وضعیت جریان دوگانه و تدوین الگوریتم بهره برداری ارایه داد.

طراحی، تحلیل و بهره برداری از سیستمهای کنترل سیل با مقداری از عدم قطعیت همراه است، از این رو، مدیریت موثر سیل، به تحلیل عدم قطعیت ها نیاز دارد. یکی از بخشهای اصلی مطالعات مدیریت سیل، تحلیل جریان و محاسبه تراز سطح آب رودخانه در دبی های مختلف سیل است. در این مقاله با در نظر گرفتن عدم قطعیت های هیدرولوژیکی و هیدرولیکی، عدم قطعیت تراز سطح آب رودخانه سیستان تحلیل شده است. بدین منظور، عدم قطعیت های بارگذاری (سیل طراحی) و مقاومت (ظرفیت هیدرولیکی رودخانه) تحلیل و با استفاده از نتایج آنها، تحلیل قابلیت اعتماد سیستم کنترل سیل انجام شده است. عدم قطعیت ظرفیت هیدرولیکی به روش تحلیل مرتبه اول و عدم قطعیت هیدرولوژیکی با توجه به عدم قطعیت آمارها و توزیع نمونه گیری آنها، تحلیل شده است. برای تحلیل قابلیت اعتماد سیستم رودخانه از روش انتگرالگیری مستقیم استفاده شده است. نتایج نشان می هد که در صورت صرفنظر کردن از عدم قطعیت های هیدرولیکی، تراز سطح آب در رودخانه به میزان قابل ملاحظه ای دست پایین برآورد شده و به افزایش ریسک سیستم کنترل سیل منجر می شود.

در این مقاله نقش سیستمهای زهکش نیمه اشباع و کنترل هیدرولیکی در مدفن های مهندسی بهداشتی زباله، با استفاده از مدلهای آزمایشگاهی یک بعدی سه لایه ای شبیه سازی شد. در مدل مورد مطالعه بترتیب از بالا به پایین، منبع حاوی محلول کلرورسدیم به عنوان مخزن آلودگی، لایه متراکم شده سیلت اول به عنوان لایه مانع اولیه، لایه ماسه ای درشت دانه به عنوان لایه زهکش ثانویه و یا لایه کنترل هیدرولیکی؛ لایه سیلت دوم به عنوان لایه مانع ثانویه و در انتها مخزن آب به عنوان سفره آب زیرزمینی در نظر گرفته شده، در دو آزمایش اول، مدل سیستمهای زهکش ثانویه و تله هیدرولیکی طبیعی (حرکت رو به بالای جریان آب در لایه سیلت دوم) شبیه سازی شد. در این حالت، انتقال آلودگی از میان لایه سیلت اول به صورت فرارفت و نفوذ ملکولی رو به پایین و انتقال از میان لایه سیلت دوم به صورت نفوذ ملکولی روبه پایین و فرارفت روبه بالا انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که با بکارگیری سیستم تله هیدرولیکی طبیعی در کاهش انتقال آلودگی به مخزن پایین (سفره آب زیرزمینی) موثر است. در آزمایش سوم، مدل سیستمهای تله هیدرولیکی طبیعی و مهندسی (حرکت رو به بالای آب از مخزن پایین تا مخزن آلودگی بالا) و در آزمایش چهارم، مدل فقط سیستم تله هیدرولیکی مهندسی (حرکت جریان آب در لایه سیلت اول رو به بالا و در لایه سیلت دوم رو به پایین) را شبیه سازی کرد. نتایج این آزمایشها نشان داد که سیستم های تله هیدرولیکی در کاهش انتقال آلودگی نقش موثری داشته و سیستم تله هیدرولیکی مهندسی نیز از انتقال آلودگی به مخزن پایین به طور چشمگیری جلوگیری کرده و انتقال بطریقه انتشار مولکولی را نیز تضعیف می کند. در تمامی آزمایشها غلظت یون کلر در لایه های سیلتی و ماسه ای و همچنین در مخازن بالا و پایین تعیین شد و داده های مشاهده شده با داده های تئوری به دست آمده از برنامه کامیپوتری POLLUTE-V6 مقایسه شد. نتایج نشان داد که بین داده های مشاهده شده و تئوری تطابق خوبی وجود دارد.

جریان غیرماندگار در مقاطع مرکب به دلیل تفاوت ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقطع اصلی و دشتهای سیلابی، از پیچیدگی خاصی برخوردار است. در هنگام سیلاب، معمولا جریان آب از مقطع اصلی فراتر رفته و به دشتهای سیلابی وارد می شود. در این حالت، سرعت جریان در مقطع اصلی بسیار بیشتر از سرعت در دشتهای سیلابی بوده و در نتیجه، مومنتوم جریان از مقطع اصلی به دشتهای سیلابی منتقل می شود. مطالعات نشان داده است که این انتقال مومنتوم تاثیر زیادی بر ویژگیهای هیدرولیکی جریان در مقاطع مرکب دارد. در این مقاله با استفاده از حل عددی مدل دو بعدی Shiono and Knight (1991) و تلفیق آن با معادلات سن ونان (مدل پخشیدگی)، روندیابی سیلاب در مقاطع مرکب مطالعه شده است. در این مدل تلفیقی، اثر خواص هیدرولیکی مقاطع مرکب و تبادل مومنتوم بین مقطع اصلی و دشتهای سیلابی در نظر گرفته شده است. برای ارزیابی دقت مدل، نتایج آن با نتایج مدلهای DAMBRK مبتنی بر مدل موج کامل دینامیکی و مدل RFMFEM مبتنی بر مدل پخشیدگی مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که علاوه بر مطابقت خوب مدل پیشنهاد شده با مدلهای مذکور، مدت زمان اجرای حاضر ما حدود 10 درصد زمان اجرای مدل DAMBRK است که به عنوان مدل پایه در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین نتایج مقایسه این مدل با داده های آزمایشگاهی Treske (1988) در مقطع مرکب نشان می دهد که دبی پیک سیلاب انتهای بازه حاصل از مدل پیشنهادی، فقط 3.5 درصد با مقدار اندازه گیر شده تفاوت دارد. به طور کلی نتایج این بررسیها نشان می دهد که این مدل، دقت بالایی داشته و مزیت آن، زمان اجرای بسیار کم و کارایی مناسب در شرایط توام مقاطع مرکب با بستر و جداره همگن و ناهمگن است.