هیدرولیک
سال:1401 | دوره:17 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

یکی از ‏مهمترین عواملی است که می تواند باعث آسیب یا کاهش کارایی سازه های هیدرولیکی گردد، آبشستگی می باشد. بیشتر پژوهش ها در گذشته بر رسوبات غیرچسبنده متمرکز شده اند. اما از آنجا که بیشتر رسوبات موجود در طبیعت دارای خاصیت چسبندگی می باشند، در پژوهش حاضر این دسته از رسوبات مورد آزمایش قرار گرفته اند. آزمایش ها با استفاده از ‏جت های افقی، مایل و قائم با قطر نازل ‏10، 15، 20 و 25 میلیمتر، تحت 3 ‏عمق پایاب 5، 10 و 15 سانتیمتری، 3 ارتفاع ریزش 20، 50 و 60 سانتیمتری و اعداد فرود 3، 5، 7 و 9 انجام شد.‏ رسوبات چسبنده، از ترکیب ماسه ریزدانه با رس به میزان 20 درصد وزنی کل مصالح، آماده و استفاده شد. پس از حصول تعادل در آزمایش ها، نیمرخ های نهایی آبشستگی توسط متر لیزری برداشت گردید. نتایج نشان داد که افزایش نسبت عمق پایاب به ارتفاع ریزش (Yt/H)، اثر دو گانه بر بیشینه عمق آبشستگی نسبی دارد. طوری که بیشینه عمق آبشستگی نسبی با افزایش Yt/H، ابتدا افزایش یافته، برای جت افقی به حدود 3/0 و برای جت عمودی به حدود 35/0 می رسد، سپس روند تغییرات آن معکوس می شود و با افزایش نسبت Yt/H میزان آبشستگی نسبی کاهش می یابد. علاوه براین افزایش عدد فرود، باعث افزایش میزان آبشستگی می شود. همچنین میزان آبشستگی در دو زاویه جت 0 و 30 درجه نسبت به افق، بسیار نزدیک به هم هستند. در زوایای بزرگتر، به غیر از زاویه 90 درجه، با بیشتر شدن زاویه جت، عمق آبشستگی افزایش می یابد. جت با زاویه 45 درجه بیشترین عمق آبشستگی را ایجاد می کند.

پدیدة هیدرولیکی مهمی که معمولاً در آبگیری از سد ها به وقوع می پیوندد و باعث بروز مشکلاتی نظیر ایجاد اُفت انرژی و کاهش ضریب آبگذری آبگیر می گردد، چرخش آب و ایجاد گرداب در دهانة آبگیر و ورود هوا به داخل مجرای آن می باشد. از میان انواع آبگیرهای در معرض پدیدة گرداب، آبگیر های نیروگاهی که به منظور تأمین آب مورد نیاز برای توربین ها و نهایتاً تولید برق به کارمی روند، از اهمیت ویژه ای برخوردارند. این آبگیر ها عمدتاً از نوع اُفقی می باشند. برای از بین بردن گرداب می توان از صفحات افقی مشبک بر روی پیشانی آبگیر استفاده نمود. در این تحقیق برای بررسی عملکرد صفحات مشبک، از یک مدل فیزیکی استفاده شده است. این مدل طوری طراحی شده که بتواند قوی ترین نوع گرداب با هسته هوا و با قدرت های مختلف را تولید کند. با ایجاد 36 نوع گرداب قوی، عملکرد 10 نوع صفحه مشبک با ابعاد، ضخامت ها و بازشدگی های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت و نهایتاً با انجام 360 آزمایش مشخص گردید که تاثیر میزان بازشدگی صفحات مشبک در استهلاک قدرت گرداب، بیش از اثر ابعاد و ضخامت تیغه های صفحات می باشد. همچنین تاثیر استفاده از صفحه ضد گرداب بر ضریب آبگذری و ضریب اُفت ورودی آبگیر مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد استفاده از صفحه ضد گرداب مشبک با بازشدگی های 70% ، 58% و 50% به ترتیب به میزان 9/5 درصد، 5/10 درصد و 4/13 درصد از میزان ضریب آبگذری آبگیر می کاهد و بترتیب موجب افزایش 9/12 درصد، 7/24 درصد و 5/33 درصد اُفت ورودی آبگیر می گردد.¶

از روش های متداول روندیابی هیدرولوژیکی جریان در رودخانه، روش ماسکینگام است که با هزینه محاسباتی و زمان اندک، می تواند هیدروگراف سیل را در نقطه مدنظر از رودخانه مشخص نماید. در طول سال های اخیر تحقیقات بسیاری بر روی بهبود عملکرد این مدل صورت گرفته که منجر به توسعه انواع غیرخطی آن شده است. انتخاب مدل مناسب ماسکینگام و تخمین بهینه پارامترهای آن نقش تعیین کننده ای در عملکرد نهایی مدل دارد. در این پژوهش برای برآورد مقدار بهینه پارامترهای مدل تیپ پنج ماسکینگام (NL5) از روش برنامه ریزی غیرخطی (NLP) استفاده شد، و نتایج با الگوریتم های فرا ابتکاری گرگ خاکستری (GWO)، ژنتیک (GA) و ازدحام ذرات (PSO) مقایسه گردید. هدف از بهینه سازی حداقل نمودن مجموع مربعات خطا(SSR) در نظر گرفته شد. به منظور ازریابی بهتر عملکرد الگوریتم های بهینه سازی، از اطلاعات سه مطالعه موردی مطرح در تحقیقات قبلی شامل سیل ویلسون، سیل رودخانه وای و تحقیق Vatankhah, 2014 استفاده شده است. پس از تعیین پارامترهای بهینه مدل NL5 با استفاده از روش NLP، مقدار SSR برای سه مطالعه موردی مذکور به ترتیب 5.44، 30837.6 و 7356.7 m6/s2 تعیین شد .برای مقایسه الگوریتم های مختلف بهینه سازی از شاخص های مختلفی به منظور ارزیابی عملکرد استفاده شد که همگی عملکرد بسیار مطلوبی را در هر سه مطالعه موردی نشان دادند. به عنوان نمونه شاخص NSE در تمام حالات بیشتر از 0.99 بدست آمد، که نشان می دهد نتایج بهینه سازی بسیارمناسب است. در نهایت با توجه به نتایج شاخص های عملکردی، به ترتیب تکنیک های بهینه سازی NLP، GWO، PSO و GA بهترین تا ضعیف ترین عملکرد را داشتند.

هدف از تحقیق حاضر بررسی تأثیر اشکال هندسی و عرض های مختلف آستانه بر ضریب دبی دریچه کشویی عمودی به صورت آزمایشگاهی است. در این راستا، آستانه های استوانه ای، نیم استوانه ای، هرمی و مکعب مستطیلی در عرض های مختلف 5، 7.5، 10، 15 و 20 سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. میزان بازشدگی دریچه در تمام آزمایش ها ثابت و برابر 4 سانتی متر تنظیم شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که حضور آستانه در هندسه های متفاوت، الگوی جریان عبوری از زیر دریچه را تحت تأثیر قرار می دهد. همچنین استفاده از آستانه های غیرهم عرض در زیر دریچه، باعث شکستگی خطوط جریان عبوری می گردد. به طوری که با پیشروی به سمت پایین دست، جریان های v شکل تشکیل می گردد. بررسی ضریب دبی نشان داد که حداقل افزایش آن در آستانه با هندسه مکعب مستطیلی و حداکثر مقدار آن به آستانه با هندسه نیم استوانه ای مربوط می شود. آستانه های مذکور در کم ترین عرض (b=5 cm)، به طور میانگین ضریب دبی را حداقل 1.6 و حداکثر 6.5 درصد نسبت به حالت بدون آستانه افزایش دادند. این درحالی است که با افزایش عرض آستانه به 20 سانتی متر، مقادیر ذکر شده به ترتیب به 12.1و 19.1 درصد افزایش یافت.

شبیه سازی جریان در مقاطع مرکب یا رودخانه های طبیعی از مهمترین مسائلی است که برای کاهش خطرات سیلاب و همچنین مدیریت دشت های سیلابی به آن پرداخته می شود. از طرفی مطالعات حاضر نشان می دهد تحقیقات جامع عددی بر روی مقاطع مرکب انجام نشده است لذا نوآوری تحقیق حاضر در مورد مطالعه عددی اثرات پارامتر هایی نظیر زبری بر وضعیت و عملکرد هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب غیرمنشوری می باشد .در تحقیق حاضر، الگوی جریان در آبراهه هایی با مقاطع مرکب منشوری و غیر منشوری با استفاده از نرم افزار Flow 3D که قابلیت تجزیه و تحلیل سه بعدی جریان را دارد بررسی شد. به ازای سه زبری نسبی مختلف (1، 2 و 74/2) و نیز سه عمق نسبی (15/0، 25/0 و 35/0) و زاویه های واگرایی7/5 و 3/11 درجه، تغییرات مؤلفه طولی سرعت، توزیع سرعت متوسط عمقی، توزیع تنش برشی مرزی و نیز دبی انتقال یافته توسط سیلابدشت ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش عرض سیلابدشت ها در طول کانال از مقدار سرعت کاسته می شود. همچنین بررسی اثر زبری بر روی الگوی جریان نشان داد که بطور کلی با زبر شدن جدار، مقدار سرعت در تمامی مقاطع مورد بررسی کاهش یافته است. از طرفی الگوی جریان در محل برخورد کانال اصلی و سیلابدشت تأثیر بیشتری از زبر شدن جدار می پذیرد. همچنین می توان اشاره کرد که با افزایش عمق نسبی و یا کاهش زبری نسبی، گرادیان سرعت میان کانال اصلی و سیلابدشتها کاهش می یابد.

تعمیرات در خطوط لوله امری اجتناب ناپذیر است. جهت انجام تعمیرات در بخشی از خطوط لوله، نیاز به قطع جریان و سپس پرکردن مجدد آن است. نحوه پرکردن لوله بسیار مهم بوده و عدم وجود یک دستورلعمل بهره برداری مناسب می تواند منجر به تخریب خط لوله گردد. بعلاوه جهت اعمال یک دستورالعمل بهره برداری نیاز است که اندازه، نوع و محل تجهیزات هیدرومکانیکال در زمان مطالعات تعیین گردد. این گونه اطلاعات معمولا براساس انجام مطالعات هیدرولیکی دقیق بر روی سناریوهای مختلف بهره برداری قابل حصول بوده که متاسفانه در زمان مطالعات و طراحی از آن صرف نظر می گردد. در این مقاله یک مدل ریاضی یک بعدی جهت مدل سازی فرآیند پرکردن خطوط لوله معرفی شده است. پس از صحت سنجی، این مدل به عنوان ابزاری جهت شناسایی عوامل موثر بر فرآیند پرکردن لوله استفاده شده است. مدل مذکور قابلیت شبیه سازی جریان گذرا ایجاد شده در زمان پرکردن لوله را داشته و قادر است که جدایی ستون آب را مدل سازی نماید. حل عددی معادلات توسط روش مشخصه و جدایی ستون آب توسط روش حفره گاز منقطع مدل سازی شده است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهند که نبود یک برنامه بهره برداری دقیق و عدم وجود تجهیزات هیدرومکانیکال با سایزهای مناسب می تواند منجر به ایجاد فشارهای مثبت و منفی مخرب در خط لوله گردد. همچنین از نتایج برمی آید که بدون تعبیه یک کنارگذر با سایز مناسب نمی توان از وقوع فشار منفی در خط لوله جلوگیری کرده و بدون مشارکت یک شیر هوا که قطر روزنه آن به دقت انتخاب شده باشد امکان کنترل بهینه فشارهای مثبت در خط ممکن نخواهدبود.

امواج دریاها و اقیانوس ها از مهم ترین منابع انرژی تجدید پذیر هستند که می توانند در آینده جایگزین بخشی از سوخت های فسیلی شوند. جهت استفاده از انرژی امواج، روش ها و دستگاه های متعددی طراحی و ساخته شده است که غالباً دارای پیچیدگی های فراوان می باشند. ستون نوسانی آب به دلیل ساختار ساده مکانیکی به یکی از متداول ترین ابزارهای استحصال انرژی امواج در دنیا تبدیل شده است. با توجه به پیچیدگی های مربوط به شرایط هیدرودینامیک جریان و هوا در داخل این سیستم، نیاز است که از مدل های آزمایشگاهی جهت بررسی دقیق تر آن استفاده شود. در این تحقیق تأثیر ارتفاع دیواره انتهایی، موقعیت قرارگیری دستگاه و فرکانس امواج بر روی میزان توان خروجی با استفاده از مدل فیزیکی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت بررسی تأثیر مستقیم و متقابل پارامترهای مختلف از تحلیل واریانس استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان می دهد که هر سه پارامتر مورد بررسی تأثیر معنادار بر روی توان خروجی داشته ولی تأثیر فرکانس و دیواره انتهایی بیشتر بوده است. علاوه بر این اثرات متقابل مربوط به دیواره انتهایی، اختلاف معنادار در سطح 01/0 داشته است. استفاده از دیواره 5 و 10 سانتیمتری به ترتیب باعث افزایش توان خروجی به میزان 88/0 و 48/1 نسبت به حالت بدون دیواره شده است. علاوه بر این وجود اثر متقابل میان ارتفاع دیواره انتهایی و عمق کارگذاری، باعث کاهش کارایی دیواره 10 سانتیمتری در حالت قرارگیری سیستم در عمق زیاد گردید. این نشان می دهد که جهت به دست آوردن بهترین کارایی می بایستی علاوه بر ارتفاع دیواره انتهایی، عمق کارگذاری نیز لحاظ شود.

رواناب سطحی از مهم ترین بخش های چرخه هیدرولوژیکی به شمار می رود و تخمین دقیق آن نقش مهمی در مدیریت حوضه آبریز و طراحی سازه های آبی دارد. از این رو استفاده و توسعه روش های دقیق و قابل اعتماد جهت مدل سازی رواناب حوضه ها ضروری است. اتوماتای سلولی یک روش بنیادی برای شبیه سازی سیستم های پیچیده است. برای مدل سازی رواناب سطحی با استفاده از اتوماتای سلولی، حوضه آبریز به صورت شبکه ای از سلول ها تعریف می شود. تراز آب به عنوان حالت سلول بیان می شود و با استفاده از قوانین انتقال، سلول ها از یک حالت به حالت دیگر با گذشت زمان بروزرسانی می شوند. در این مقاله رواناب حاصل از بارش به روش اتوماتای سلولی شبیه سازی شده است. ابتدا رواناب سطحی بر روی چند مدل مستطیلی با استفاده از روش اتوماتای سلولی مد ل سازی شده و جهت صحت سنجی، نتایج مدل اتوماتای سلولی با روش های تحلیلی موجود مقایسه گردیده است. در ادامه با استفاده از مدل اتوماتای سلولی رواناب در حوضه آبریز Con واقع در کشور اسپانیا شبیه سازی شده و مقادیر دبی محاسباتی با مقادیر مشاهداتی مقایسه شده است. مقایسه نتایج مدل اتوماتای سلولی و روش های تحلیلی نشان می دهد که مدل اتوماتای سلولی از دقت بالایی برخوردار است. همچنین در مدل سازی رواناب حوضه آبریز Con مقادیر ضریب همبستگی، جذر میانگین مربعات خطا و ضریب نش-ساتکلیف به ترتیب 99/0، 11/0 و 97/0 می باشد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که روش اتوماتای سلولی می تواند به عنوان یک روش کاربردی و دقیق برای مدل سازی رواناب استفاده شود.