هیدرولیک
سال:1397 | دوره:13 | شماره:4 (پیاپی 134) |تعداد مقالات:10

یکی از مستهلک کننده های انرژی رایج، حوضچه آرامش USBR VI است. این حوضچه، سازه ای جعبه ای شکل به همراه یک دیوار میانی و یک آستانه انتهایی است. در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار Flow3D هندسه حوضچه به نحوی اصلاح شده است که جریان خروجی دارای توزیع یکنواخت تر سرعت نسبت به حالت استاندارد گردد. صحت سنجی مدل عددی با مقایسه فشار برداشت شده روی دیوار میانی و عمق جریان روی آستانه انتهایی در مدل فیزیکی و نیز مقایسه پروفیل سرعت در لوله ورودی انجام شده است. به منظور اصلاح الگوی جریان خروجی از حوضچه، 4 پارامتر سرعت متوسط طولی در محل آستانه انتهایی، سرعت در نزدیکی سطح آستانه، ضریب کوریولیس روی آستانه و توزیع دبی روی آستانه انتهایی انتخاب گردید. بر اساس این پارامترها بالغ بر یکصد طرح مختلف از تغییرات هندسی حوضچه بدست آمده و شبیه سازی شدند. در انتها با مقایسه نتایج برای طرح های مختلف مشخص گردید حوضچه ای که پس از دیوار میانی عرض حوضچه بتدریج افزایش یابد بهترین نتایج را خواهد داشت.

گالرکین بدون المان (RPIM) و درون یاب نقطه ای شعاعی (EFG) از روش های بدون المان در زمینه مکانیک محاسباتی می باشند. در این مقاله یک روش محاسباتی با در نظر گرفتن یک ناحیه ثابت و یک ناحیه متغیر بر اساس روش ترکیبی گالرکین بدون المان-درون یاب نقطه ای شعاعی جهت بررسی مسائل سطح آزاد دو بعدی دارای دو سطح آزاد زیر دریچه شعاعی جهت محاسبه پروفیل سطوح آزاد، توزیع سرعت، فشار درون کانال و دبی آب خروجی از مجرای خروجی ارائه شده است. در روش ترکیبی گالرکین بدون المان-درون یاب نقطه ای شعاعی، توابع شکل بدست آمده از روش درون یاب نقطه ای شعاعی به عنوان توابع وزن در روش گالرکین بدون المان مورد استفاده قرار می گیرند که باعث ایجاد خاصیت دلتای کرانیکر در توابع شکل می گردد. در این روش بر خلاف روش گالرکین بدون المان، اعمال شرایط مرزی اساسی به راحتی صورت گرفته و توابع شکل دارای خاصیت دلتای کرانیکر می باشد. در این مطالعه، سیال عبوری، تراکم ناپذیر و غیر لزج فرض شده و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج عملی بدست آمده از آزمون مدل هیدرولیکی مقایسه شده است که نتایج بدست آمده دارای هم خوانی جهت پروفیل سطح آزاد و توزیع فشار می باشد.

در این تحقیق اثر نفوذپذیری بستر کانال بر مشخصات پرش هیدرولیکی از دیدگاه تحلیلی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا با تحلیل معادله اندازه حرکت رابطه ای جهت محاسبه مستقیم نسبت اعماق مزدوج برای بسترهای نفوذپذیر به دست آمد. سپس در آزمایشگاه با استفاده از کانالی به طول 6 متر و عرض 80 سانتی متر آزمایش هایی بر روی بسترهای نفوذپذیر متخلخل با دانه بندی های مختلف و طول و عرض های متفاوت انجام شد. بازه اعداد فرود مورد آزمایش جهت ایجاد پرش پایدار از 5. 3 تا 7. 4 بود. مشاهده شد که در شرایط نفوذپذیر بودن بستر پرش رابطه تحلیلی نسبت اعماق مزدوج را با دقت بهتری نسبت به رابطه بلانگر تخمین می زند و همچنین وابستگی تغییرات نسبت اعماق مزدوج به تغییرات عدد فرود جریان بیش از وابستگی آن به میزان نفوذپذیری بستر می باشد. نتایج آزمایش ها نشان داد که نفوذپذیری بستر در مجموع سبب کاهش نسبت اعماق مزدوج و طول پرش هیدرولیکی به میزان قابل ملاحظه ای نسبت به بستر صاف نفوذناپذیر شده و افت انرژی ناشی از پرش را نیز افزایش می دهد.

استفاده از غلظت های کم عوامل کاهنده ی درگ نقش مهمی در کاهش تلفات انرژی در خطوط لوله جریان درهم دارد. این مواد با اثرگذاری بر ساختار جریان درهم و بهسازی پروفایل های سرعت موجب کاهش اصطکاک فشاری جریان درهم می شوند. در این مقاله اثر افزودن غلظت های مختلف دو کوپلیمر تجاری از پلی آکریل آمید با جرمهای مولکولی مختلف بر کاهش افت فشار جریان درهم آب در خط لوله بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از این کوپلیمرها به شکل قابل توجهی باعث کاهش افت فشار جریان درهم در طول دو ساعت انجام آزمایش می شود. افزودن ppm30 از پلیمر سنگین تر به جریان درهم 54% کاهش افت فشار بدون تخریب زنجیره ی پلیمر را به همراه دارد. همچنین در این پژوهش تاثیر این عوامل بر پروفایل های سرعت جریان درهم با سرعت سنج داپلری لیزری بررسی شده است. بر اساس نتایج این پژوهش، در اثر افزودن عامل کاهنده ی دراگ پروفایل سرعت از حالت تخت به حالت سهمی گون تمایل پیدا می کند، همچنین منحنی های تنش رینولدز به شکل قابل توجهی کاهش پیدا می کند. در همه ی موارد اثر پلیمر با جرم مولکولی بالاتر بر روی پروفایل سرعت جریان درهم مطلوب تر از پلیمر دیگر ارزیابی می شود.

در این تحقیق اثر جت هیدرولیکی هم فاز بر کاهش آبشستگی در قوس رودخانه ها بررسی شد. در روش مورد نظر یک لوله روزنه دار در امتداد قوس و نزدیک به دیواره بیرونی روی بستر قرار گرفته و از دو انتهای لوله فشار آب، به جریان درون قوس تزریق می شود. هدف اصلی از این پژوهش ایجاد یک صفحه آبی در مقابله با جریان ثانویه ایجاد شده در قوس و ممانعت از رسیدن آن به ساحل خارجی می باشد. نتایج نشان داد، محل وقوع ماکزیمم عمق آبشستگی آزمایش های شاهد از نزدیکی دیواره خارجی قوس به میانه های مقطع عرضی در آزمایش های اصلی انتقال یافت. از طرفی میزان ماکزیمم عمق آبشستگی با افزایش فاصله روزنه های روی لوله کاهش یافت. همچنین میزان ماکزیمم عمق آبشستگی، با کاهش فاصله لوله از دیواره خارجی قوس کاهش یافت. از سوی دیگر نتایج نشان داد که میزان ماکزیمم اعماق آبشستگی برای مقاطع 90، 130 و 175 درجه قوس به ترتیب به میزان 60، 64 و 87 درصد کاهش یافت.

روش های روندیابی نشت از راه دور در لولههای پرفشار، بر پایه تحلیل نوسانات فشاری ایجاد شده طی جریان گذرا میباشند. از این رو مطالعه و درک جریانهای گذرا میتواند منجر به بهبود کاربردهای عملی جریان گذرا به عنوان یک منبع اطلاعاتی و به طور همزمان کاهش اثرات مخرب این دسته از جریانها بر خط لوله و نیز تجهیزات متصل به آن شود. بدین منظور در مقاله حاضر تلاش شده است با مدل سازی جریان گذرا با وجود نشت به صورت دوبعدی، رفتار جریان و نیز پارامترهای آشفتگی در سیکلهای مختلف جریان گذرا تحلیل شوند. مدل عددی پیشنهادی برپایه طرح تفاضل محدود بوده و در آن برای از بین بردن پراکندگی عددی از روش انتقال شار تصحیح شده استفاده شده است. به منظور مطالعه رفتار آشفتگی در جریان و استهلاک انرژی ناشی از آن، مدل آشفتگی k-ω به مدل دوبعدی جریان گذرا کوپل شده و اثر نشت نیز به مدل دوبعدی جریان گذرا در دو قسمت ماندگار و ناماندگار مدل اضافه شده است. با حضور نشت در جریان گذرا، تغییر قابل توجهی در رفتار پروفیل سرعت و پارامترهای آشفتگی در سیکلهای رفت و برگشتی جریان مشاهده میشود. در سیکلهای اولیه جریان گذرا مقادیر پارامترهای مختلف در بالادست نشت به مرور کاهش و در پایین دست آن افزایش اندکی خواهد داشت تا زمانی که این دو جریان با هم به تعادل برسند از آن پس آشفتگی از کنارههای جداره شروع به گسترش در لایههای میانی کرده و با سپری شدن زمان، بزرگی آن کاهش مییابد.

تحکیم رسوبات چسبنده نقش موثری در مقادیر تنش برشی بحرانی فرسایش رسوبات ته نشین شده در مخازن و کانال های انتقال آب دارد. آگاهی یافتن از رفتار رسوبات ریزدانه می تواند تاثیر بسزایی در بهره برداری و نگهداری سازه های آبی داشته باشد. از این رو در این تحقیق به بررسی تاثیر پساب شهری، که در شرایط خشکسالی به عنوان منابع آب تجدید پذیر مورد استفاده قرار می گیرد، بر ته نشینی و تحکیم رسوبات چسبنده در سامانه های انتقال پرداخته شده است. به همین منظور مراحل تحکیم رسوبات در چهار بازه زمانی 1، 3، 14 و 28 روز و با استفاده از ستون های ته نشینی و برای سه غلظت 0، 30 و 60 درصد پساب و سه غلظت اولیه رسوب 200، 300 و 400 گرم بر لیتر انجام شد. نتایج نشان داد با افزایش غلظت اولیه، عمق ته نشینی رسوبات (H/H0) نیز افزایش می یابد و غلظت اولیه رسوبات تا 300 گرم بر لیتر بر فرآیند تحکیم تاثیر گذار است؛ به طوری که تفاوت چندانی بین غلظت اولیه 300 تا 400 گرم بر لیتر مشاهده نمی شود. همچنین مشخص شد مراحل تحکیم در آب خالص و سیال حاوی 60 درصد پساب بسیار نزدیک به هم است اما در سیال حاوی 30 درصد پساب رفتار متفاوتی نشان می دهد. با بررسی درصد سدیم قابل تبادل (ESP) برای درصدهای مختلف پساب و در پایان تحکیم 28 روز مشخص شد که روند تغییرات H/H0 برای درصدهای مختلف پساب با تغییرات شاخص پخشیدگی ESP یکسان است. علت پدیده پراکنش در سیال حاوی 30 درصد پساب را می توان با خصوصیات شیمیایی سیال و جانشینی کلسیم به جای یون سدیم در ذرات رسی توجیه نمود.

اهمیت و نقش زبری بستر در مدل های شبیه سازی رودخانه بر هیچ یک از متخصصان این حوزه پوشیده نیست. براین اساس، محققان برای تعیین اندازه زبری ذرات بستر، از روش های ساده ای چون اندازه گیری مستقیم با خط کش یا کولیس یا دانه بندی با الک تا سالیان متمادی استفاده می کردند. در سالیان اخیر با پیشرفت تکنولوژی و ترویج دوربینهای عکاسی دیجیتال، الگوریتم ها و نرم افزارهای مختلفی برای تجزیه و تحلیل خودکار اطلاعات بستر با استفاده از تصاویر دیجیتالی اخذ شده از بستر آبراهه ها ارائه شده اند، لکن تاکنون در خصوص مقایسه نتایج روش های مختلف و صحت سنجی آنها به صورت تطبیقی مطالعه ای صورت نگرفته و صرفا محققان مختلف بر روی شکل ظاهری منحنی دانهبندی و نیز قطرهای شاخص ذرات ارزیابی و اظهارنظر کرده اند. در این مطالعه، به منظور بررسی قابلیت روش فتوگرامتری در تعیین منحنی دانه بندی و زبری بستر، تصویربرداری از بازه ای یک کیلومتری از بستر رودخانه کردان استان البرز صورت گرفت و منحنی دانه بندی به کمک روش پردازش تصویر با 3 الگوریتم پردازش تصویر مختلف استخراج گردید. در ادامه منحنی دانه بندی حاصله، با منحنی دانه بندی حاصل از آزمایش الک مصالح جمع آوری شده از محل بازدید و منحنی دانه بندی حاصله از ذرات جمع آوری شده از بستر در داخل آزمایشگاه مقایسه گردیده شد. بر اساس نتایج حاصله می توان گفت که ارائه منحنی دانه بندی قابل قبول، به معنی دقت خوب روش های تصویری نیست و این روش ها بعضا در شمارش ذرات دارای خطای فاحشی هستند که با کوچک شدن میدان تصویر یا افزایش تعداد ذرات ریزدانه داخل تصویر یا وجود ذرات دارای کشیدگی طولی، این خطا محسوس و غیرقابل اغماض خواهد بود. همچنین آنالیز حساسیت روی ضریب زبری، نشان داد که خطا در برآورد منحنی دانه بندی می تواند موجب خطای غیرقابل اغماض روی ضریب زبری گردد. لذا استفاده از این روش ها در تخمین زبری هیدرولیکی بایستی با دقت کافی صورت گیرد.

یکی از مشکلات جدی در بهره برداری از سد های مخزنی، ته نشینی مواد رسوبی در مخزن آن هاست که مشکلات بهره برداری زیادی را درپی دارد. رسوبات ته نشین شده جایگزین ظرفیت موثر مخزن می گردند. در مدیریت صحیح مخازن استفاده از روش های کنترل و تخلیه رسوب از مخازن دارای اهمیت ویژه ی است. این پژوهش آزمایشگاهی با هدف بررسی تاثیر استفاده از جت مستغرق در جلوی مجرای تخلیه کننده ی تحتانی بر افزایش راندمان تخلیه رسوب حین عملیات رسوب شویی تحت فشار، انجام گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که برای دست یابی به حداکثر راندمان در تخلیه رسوب در رسوب شویی تحت فشار با حضور جت، در یک سرعت معین جت در جریان های خروجی نسبی (Qoutlet/Qj ) برابر با 83-46 بهترین موقعیت قرار گیری جت نسبت به تخلیه کننده ی تحتانی فاصله دوبرابر قطر مجرای تخلیه کننده تحتانی می باشد و در جریان های خروجی نسبی (Qoutlet/Qj ) برابر با 157-120 بهترین موقعیت برای قرار گیری جت فاصله 5/2 برابر قطر موثر دهانه مجرای دریچه تخلیه می باشد.

شیب شکن های قائم، سازه هایی هستند که در کانال های آبیاری، زهکشی، جمع آوری آب های سطحی استفاده می شوند. در تحقیق حاضر به بررسی عددی اثرات تنگ شدگی های قائم ورودی بر روی مشخصات هیدرولیکی شیب شکن با استفاده از نرم افزار FLOW-3D پرداخته شده است. در گام اول برای انتخاب بهترین مدل آشفتگی از دو نوع مدل آشفتگی جریان k-e و RNG k-e استفاده گردید. در گام بعدی از چهار آرایش تنگ شدگی 2 و 0. 875، 0. 5، 0. 312 =S/H (نسبت فاصله ی تنگ شدگی ها به ارتفاع شیب شکن) در مقایسه با حالت بدون تنگ شدگی در شرایط جریان زیربحرانی استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل آشفتگی RNG k-e با درصد خطای نسبی و RMSE کمتری نسبت به مدل k-e، کارایی بیشتری برای شبیه سازی پارامترهای هیدرولیکی روی شیب شکن ها داشت. بر اساس نتایج بدست آمده مشاهده شد که تنگ شدگی قائم در بهینه ترین حالت در مقایسه با حالت بدون تنگ شدگی باعث کاهش مقادیر نسبی عمق آب استخر تشکیل شده در پای شیب شکن، ، عمق آب پایین دست و انرژی باقیمانده ی نرمال به ترتیب به مقدارهای 31/42 %، 47. 23 % و 23. 59 % می گردد. وجود تنگ شدگی قائم ورودی، باعث افزایش سرعت در لبه شیب شکن می شود و به همین دلیل با افزایش تلاطم جریان در اثر سقوط جت های تقسیم شده جریان و ایجاد ناحیه بیشتری از اختلاط آب و هوا، باعث کاهش انرژی جنبشی پایین دست می گردد. روابطی نیز برای عمق نسبی آب استخر، عمق نسبی آب پایین دست و انرژی باقیمانده ی نرمال، با ضرایب همبستگی بالا ارائه گردید که با نتایج سایر محققین تطابق خوبی دارد.