هیدرولیک
سال:1394 | دوره:10 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

سرریزهای چند وجهی، سازه های هیدرولیکی مهم در تنظیم سطح آب و کنترل جریان در کانال ها، رودخانه ها و مخازن سد ها به شمار می آیند. فرضیه اصلی در توسعه طرح چند وجهی این سرریز ها، افزایش ظرفیت انتقال جریان در روی سرریز از طریق افزایش طول تاج سرریز در یک محدوده معین عرضی بوده است. با توجه به اهمیت بحث ارتقای بهره وری آب در سازه های هیدرویکی، لزوم یافتن هندسه مناسب برای این نوع سرریز ها همواره مساله مهمی برای طراحان بوده است. در این تحقیق با هدف قرار دادن طول موثر تاج این نوع سرریز ها، به مدل سازی عددی چند طرح پلان این سرریز ها پرداخته شده است. نتایج حاکی از این است که طرح پلان های دارای ناحیه تداخل جریان های نرمال و جانبی بیشتر، بالاترین میزان کاهش طول موثر تاج سرریز را از خود نشان داده اند. همچنین مدل سرریز شماره 5 به علت دارا بودن تنها یک ناحیه تداخل جریان های نرمال و جانبی و نیز فشردگی ناچیز جریان های ریزشی به علت دارا بودن بازوان کناری طویل، به عنوان نمونه مناسبی از لحاظ عملکرد آبگذری معرفی شده است.

پل ها یکی از سازه های مهم در حوزه ارتباطات زمینی می باشند. با احداث این سازه ها در رودخانه، الگوی جریانی با ساختاری سه بعدی در مجاورت پایه های آن شکل می گیرد که در نتیجه افزایش سرعت جریان و تشکیل گردابه های نعل اسبی و برخاستگی، بخشی از رسوبات اطراف پایه و پی آن دچار آبشستگی می شود و در صورت در نظر نگرفتن عمق کافی برای پی یا شمع ها، تخریب پایه های پل، به ویژه در زمان سیلاب را به دنبال خواهد داشت. از این رو در کنار تحقیقات انجام شده در خصوص شناخت عوامل اثرگذار بر آبشستگی پایه های پل، اتخاذ تمهیدات مناسب برای کاهش آبشستگی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر موقعیت آستانه بر توسعه زمانی آبشستگی اطراف گروه پایه کج در شرایط مختلف هیدرولیکی و رقوم کارگذاری پی بصورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. گروه پایه مورد بررسی متشکل از دو پایه کج مستطیلی با ابعاد 2.5 در 3.5 سانتی متر و زاویه تمایل 28 درجه بر روی پی با ابعاد 10 در 16 سانتیمتر، بود. آزمایش ها تحت شرایط مختلف موقعیت آستانه (مقابل، وسط و پایین دست پی)، سرعت، عمق جریان و نیز رقوم های نسبی مختلف کارگذاری پی (فاصله روی پی تا سطح بستر نسبت به عرض پایه)، 1-، 0.5-، صفر و 1+، انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که موقعیت قرارگیری آستانه تاثیر محسوسی بر روند توسعه زمانی چاله آبشستگی دارد. مقایسه های صورت گرفته حاکی از آن است که کارگذاری آستانه در مقابل پی نسبت به سایر موقعیت های نصب آستانه، کارایی بیشتری در کاهش آبشستگی دارد. مقایسه نتایج نشان داد برای کلیه ترازهای کارگذاری پی، بطور متوسط مقدار عمق لحظه ای آبشستگی با استقرار آستانه جلویی 22 درصد، آستانه میانی، 18 درصد و آستانه انتهایی 15 درصد کاهش می یابد.

در این تحقیق یک مدل شبیه سازی-بهینه سازی برای حداقل سازی خسارت سیلاب پایین دست، با استفاده از مانور دریچه های سرریز سیستم های چند مخزنی فاقد سیستم پیش بینی سیلاب پیشنهاد شده است. در این نحقیق به منظور کنترل سیلاب در سد هایی که سرریز آنها از نوع دریچه دار می باشد، یک روش پله ای با هدف پاسخگویی بلادرنگ به وقوع سیلاب هایی که از قبل هیچ گونه آگاهی از شکل و اندازه هیدروگراف ورودی آنها وجود ندارد، ارائه شده است. در روش پیشنهادی، تصمیم گیری در رابطه با اینکه در هر تراز بحرانی، چه مقدار دبی رها شود، فقط بر اساس تراز آب مخزن صورت می گیرد. لذا تعیین میزان دبی خروجی در هر تراز مهم ترین اقدام در این مرحله از کار است که با استفاده از یک مدل بهنیه سازی بر پایه اصول الگوریتم ژنتیک اعداد حقیقی تعیین شده است. تابع هدف مساله بهینه سازی حداقل سازی خسارت سالیانه قابل انتظار در رودخانه پایین دست می باشد. به منظور نشان دادن عملکرد روش پیشنهادی، سیستم رودخانه دز شامل سد های بختیاری و دز به عنوان مطالعه موردی انتخاب شد و نتایج حاصل از تحقیق حاضر با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه گردید. اجرای مدل شبیه سازی-بهینه سازی در سدهای مورد مطالعه سبب کاهش قابل ملاحظه در خسارت سالانه سیلاب قابل انتظار شده که نشان دهنده عملکرد مناسب مدل بهینه سازی می باشد.

در این مقاله با توسعه یک مدل هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) دو بعدی تراکم پذیر ضعیف، جریان ناشی از شارش تبادلی برای دو سیال با اختلاف چگالی کم شبیه سازی شده است. فرایند مدلسازی برای دو سیال با نسبت چگالی های بزرگتر از 0.9 و کوچکتر از 1.0 به انجام رسیده است. با توجه به اختلاف چگالی کم، در توسعه مدل دوفازی تغییر قابل توجهی در فرمول های کلاسیک SPH داده نشده است. در این حالت کافی است با یکسان گرفتن معادله حالت، چگالی مبنا و سرعت صوت را برای هر فاز جداگانه منظور کرد، به گونه ای که فشار مبنا برای هر دو سیال یکسان شود. همچنین مقداردهی دوباره به چگالی در هر چند گام زمانی برای هر فاز به صورت جدا محاسبه می گردد. جریان غیرلزج به وجود آمده دارای مشخصاتی مطابق با نتایج آزمایشگاهی است. مقایسه نتایج بیانگر این است که مدل توسعه یافته با دقت مناسبی قادر به شبیه سازی جریان های دو فازی با نسبت چگالی های نزدیک به یک می باشد. عمق جریان و پیشرفت جبهه جریان به عنوان پارامترهای انتخابی برای صحت سنجی انتخاب شده اند. تاثیر تغییرات اختلاف چگالی بر پدیده و میزان کارآیی روش با انجام یک سلسله شبیه سازی با نسبت چگالی و تفکیک پذیری مختلف سنجیده شده است.

مدل های فرضیات حدی محدودنشده، در رودخانه های کوچک اغلب عرض کانال های آبرفتی را کمتر و عمق را بیشتر از مقادیر مشاهداتی تخمین می زنند و در رودخانه های بزرگ غالبا عکس این موضوع برقرار است. به طور کلی نتایج حاصل از مدل فرضیات حدی محدودنشده نشان دهنده توافق نسبتا نامناسب هندسه محاسباتی کانال با هندسه مشاهداتی می باشد. یکی از علل پراکندگی داده ها در به کارگیری این مدل، نبود روابط مناسب برای بررسی پوشش گیاهی کناره های کانال است. به همین علت در این تحقیق با هدف افزایش دقت هندسه مدل شده کانال، به اصلاح این مدل از طریق توزیع تنش برشی مرزی در بستر و کناره ها، در نظرگیری پایداری کناره های کانال و اعمال اثر پوشش گیاهی پرداخته شده است. مدل تحلیلی توسعه یافته در این تحقیق با درج فاکتور شکل کانال، اعمال معادلات بار بستر به شکل تنش برشی مازاد و کمی سازی تاثیر پوشش گیاهی (به وسیله ارتباط آن با زاویه ایستایی خاک کناره) قادر به پیش بینی ابعاد بهینه کانال می باشد. در انتها، مدل موردنظر بر روی داده های 62 رودخانه شنی از کشور انگلستان و چهار رودخانه از ایران مورد واسنجی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده علاوه بر این که نقش تاثیر پایداری و پوشش گیاهی کناره در تخمین خصوصیات هندسی مقطع کانال را نشان می دهد، موید کارایی مدل محدود شده نسبت به مدل محدود نشده نیز می باشد.

یکی از راه های کاهش قدرت جریان مخرب در پایین دست سرریز ها و شوت ها، ایجاد پرش هیدرولیکی است. جنس بستر حوضچه های آرامش تاثیر قابل ملاحظه در مشخصات پرش هیدرولیکی دارد. هرچه زبری بستر حوضچه های آرامش بیشتر باشد، طول پرش و عمق ثانویه آن کمتر می شود، و این امر باعث کوچک تر شدن ابعاد حوضچه آرامش و در نتیجه کاهش هزینه می شود. یکی از راهکارها در این زمینه استفاده از سنگ چین در بستر حوضچه است که نوعی زبری ممتد را به وجود می آورد. در این تحقیق بررسی تجربی مشخصات پرش هیدرولیکی درحوضچه آرامش با بستر سنگ چین با 2 نوع دانه بندی مختلف انجام شد. آزمایش ها در فلومی با مقطع مستطیلی با عرض و عمق 0.4 و طول 12 متر انجام گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد بستر سنگ چین باعث می شود که عمق پرش به میزان 35 درصد، طول پرش به میزان 50 درصد و طول غلتاب به مقدار 49 درصد نسبت به بستر صاف کاهش یابد. همچنین نتایج نشان داد، با تغییر متوسط اندازه سنگدانه های بستر سنگ چین از 4.45 به 5.75 میلی متر، طول پرش 13.5 درصد کاهش یافت، ولی اندازه سنگ چین تفاوت معنی داری روی عمق ثانویه پرش نداشت.