در این تحقیق، مقادیر ضریب دبی روزنه های جانبی با استفاده از روش های ANFIS و ANFIS-GA تخمین زده شد. برای مدل-سازی ضریب دبی، تاثیرات نسبت عرض کانال اصلی به طول روزنه جانبی (B/L)، نسبت ارتفاع روزنه جانبی به طول روزنه جانبی (W/L)، نسبت عمق جریان در کانال اصلی به طول روزنه جانبی (Ym/L) و عدد فرود (Fr) در نظر گرفته شد. برای محاسبه ضریب دبی یازده مدل مختلف برای هر یک از مدل های ANFIS و ANFIS-GA معرفی گردید. سپس به منظور مقایسه نتایج مدل های محاسبات نرم با مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، ضریب دبی روزنه جانبی با استفاده از مدل FLOW-3D شبیه سازی شد. برای آشفتگی میدان جریان از مدل های آشفتگی k-ε استاندارد و RNGk-ε استفاده گردید. بر اساس نتایج مدل عددی، مدل آشفتگی RNG k-ε آشفتگی میدان جریان را با دقت بیشتری نسبت به مدل k-ε شبیه سازی نمود. همچنین مقادیر MAPEوRMSE برای دبی های مدل سازی شده توسط حل عددی به ترتیب برابر 204/12 و 001/0 است. با تحلیل نتایج مدل های ANFIS، ANFIS-GA و CFD، مدل ANFIS-GA مدل برتر معرفی شد.

در این تحقیق، نظر به اهمیت اندازه گیری جریان،فشار، افت فشار و جبران آن در صنایع نفت و گاز و چگونگی تبدیل محاسبات نظری به واقعی با تعیین ضریب تخلیه، با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، ضریب تخلیه جریان سنج روزنه ای در جریان متلاطم در بازه b بین 0.3 تا 0.7 محاسبه شده است. در این تحقیق، مدل به صورت تقارن محوری در نظر گرفته شده و از مدل(k-e) برای جریان متلاطم استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصل از این تحقیق با داده های آزمایشگاهی موجود در بازه عدد رینولدز 10000 تا 200000 معرف ایجاد خطایی بین حداقل 0.25 و حداکثر 4.36 درصد می باشد. لذا با توجه به هزینه کم محاسبات و قابل اطمینان بودن و دقت این روش، می توان از آن برای محاسبه ضریب تخلیه جریان سنج روزنه ای هم مرکز استفاده کرد.

روزنه های بزرگ مستطیلی از جمله وسایلی هستند که در مجاری جریان نظیر، کانالهای آبیاری، رودخانه های مسیل های کوچک آبخیزها، به عنوان یک وسیله اندازه گیری دبی جریان مورد استفاده قرار می گیرند. به خصوص از این وسیله برای محلهایی که افت کم وجود دارد به صورت مستغرق استفاده می شود. برای روزنه هایی که شرایط جریان در پایین دست آزاد و نیمه آزاد باشد، ضریب دبی تابعی از ارتفاع آب بالادست و ارتفاع روزنه از بستر رودخانه استخراج شده است. برای شرایط مستغرق تنها عدد 0.61 به طور متوسط در منابع پیشنهاد شده است ولی از آنجا که مقدار ضریب دبی به شرایط جریان بالادست و پایین دست همچنین ابعاد روزنه بستگی دارد، لذا مطالعه حاضر با هدف ایجاد رابطه ای برای تعیین معادله ضریب دبی روزنه های بزرگ مستطیلی انجام گرفت. در این مطالعه با ساخت یک مدل در آزمایشگاه و انجام آزمایشهای متعدد و با استفاده از یک نرم افزار آماری رابطه ای برای ضریب دبی به صورت تابعی از نسبت اختلاف سطح آب بالادست و پایین دست روزنه مجموع عرض و ارتفاع سرریز ارایه شده است.

سابقه و هدف: سرریزها و روزنه ها (دریچه ها) از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به ترتیب برای کنترل عمق و دبی جریان به کار می روند. همچنین هر دو سازه به طور وسیع برای اندازه گیری دبی جریان نیز مورد استفاده قرار می گیرند. از مهم-ترین دلایل استفاده از این سازه ها به عنوان وسایل اندازه گیری، داشتن رابطه دبی-اشل ساده است. هم چنین در مواردی که جریان آب انتقالی حاوی مواد رسوبی و اجسام شناور باشد، ترکیب این دو سازه باعث بهبود عملکرد سیستم می شود. یکی از گزینه هایی که برای افزایش کارایی سازه ترکیبی سرریز-روزنه قابل استفاده است، ترکیب سرریزهای مرکب با روزنه می باشد. مطالعات بسیار محدودی در این زمینه وجود دارد. مواد و روش ها: این پژوهش با هدف بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی در سازه ترکیبی سرریز مرکب (مثلثی-مستطیلی)-روزنه انجام شده است. آزمایش ها در یک فلوم مستطیلی به طول 10 متر و عرض 40 سانتی متر انجام شده است. در این آزمایش ها از سرریزهای مثلثی با زوایای 45، 60 و 90 درجه و روزنه های مستطیلی استفاده شده است. عرض سرریز مستطیلی 40 سانتیمتر است. یافته ها: نتایج این پژوهش نشان داد که برای سازه سرریز مرکب در تمامی زوایای مورد مطالعه، با افزایش ارتفاع نسبی سرریز (نسبت هد آب یا بار آبی روی سرریز به ارتفاع سرریز)، ضریب دبی سرریز مرکب افزایش می یابد. با وجود تغییرات نسبتاً زیاد بار آبی روی سرریز و نیز زوایای سرریز مثلثی، تغییرات ضریب دبی سرریز مرکب نسبتاً کم بوده و در محدوده 58/0 تا 61/0 تغییر می کند. این مسئله بیانگر اهمیت تعیین دقیق این ضریب برای سازه سرریز مرکب است. همچنین مشخص شد که با افزایش زاویه رأس مثلث در سرریزهای مرکب، ضریب دبی این سازه افزایش می یابد این در حالی است که با افزایش این زاویه در سرریزهای مرکب-روزنه، ضریب دبی سازه مذکور کاهش می یابد. ارتفاع بازشدگی روزنه نیز بر ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه موثر است به طوری که با افزایش این پارامتر، ضریب دبی سازه ترکیبی کاهش می یابد. همجنین مشخص شد که ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه تا حدودی کمتر از ضریب دبی این سازه در حالت بدون روزنه است. نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده از این پژوهش می توان بر اساس اطلاعات ساده ای مثل هندسه سرریز مرکب و روزنه و نیز عمق جریان در بالادست سازه ترکیبی سرریز مرکب-روزنه، ضریب دبی را با دقت مناسبی محاسبه نموده و این سیستم ترکیبی را با اطمینان در کانال های و شبکه های آبیاری مورد استفاده قرار داد. در این صورت ضمن کنترل مناسب تراز سطح آب توسط سرریز مرکب، انتقال رسوب معلق وارد شده به کانال نیز از روزنه به خوبی انجام خواهد شد.

سازه ترکیبی سرریز- روزنه به دو منظور اندازه گیری دبی جریان و جلوگیری از انباشته شدن رسوبات در پشت سرریز بکار می رود. ترکیب سرریز با روزنه باعث ایجاد تغییراتی در ضریب دبی می گردد. در تحقیق حاضر با طراحی و ساخت پنج مدل ترکیبی سرریز مثلثی لبه تیز- روزنه مستطیلی، تاثیر پارامترهای هیدرولیکی از جمله فشار آب روی سرریز (h) و پارامترهای هندسی از جمله ارتفاع روزنه (d)، عرض روزنه (b) و فاصله بین بالای روزنه تا راس مثلث (y) بر ضریب دبی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که ضریب دبی با افزایش نسبت های بی بعد h/d، h/b و h/y کاهش می یابد و مدل ترکیبی بیشتر عملکردی شبیه به روزنه دارد. همچنین رابطه ای جهت تخمین ضریب دبی جریان با R2=0.97 ارائه گردید. تحلیل حساسیت رابطه نشان داد که نسبت بی بعد h/y دارای بیشترین حساسیت و تاثیر می باشد. رابطه ارائه شده در این تحقیق با برخی معادلات ذکر شده در سایر مقالات مقایسه گردید که ضمن نشان دادن دقت این رابطه، محدوده های مشترک در سایر تحقیقات را نیز مشخص نمود.

سرریزهای جانبی از جمله سازه هایی هستند که به طور گسترده ای در شبکه های آبیاری و زهکشی و تصفیه فاضلاب استفاده می گردند. جریان ایجاد شده در کانال اصلی در حاشیه سرریزهای جانبی از نوع جریان متغیر مکانی همراه با کاهش دبی می باشد. در پژوهش حاضر تاثیر ارتفاع و پهنای تاج سرریز جانبی بر تغییرات ضریب تخلیه مکانی دبی در جریان های زیربحرانی، برای شرایط مختلف جریان در کانال های منشوری مستطیلی بررسی گردید. بررسی نتایج آزمایش ها نشان داد که تغییرات ضریب تخلیه در حالت با کنترل در پایین دست کانال اصلی، تابعی از نسبت عمق آب روی تاج سرریز در انتهای سرریز به طول سرریز و نسبت فاصله از ابتدای سرریز به طول سرریز می باشد. همچنین، تغییرات ضریب تخلیه در حالت بدون کنترل در پایین دست تابعی از نسبت پهنای تاج سرریز به عمق آب کانال در انتهای سرریز جانبی، نسبت ارتفاع سرریز به عمق آب کانال در ابتدای سرریز جانبی و نسبت فاصله از ابتدای سرریز به عمق آب کانال در انتهای سرریز جانبی به دست آمد. علاوه بر این، مدلی ارایه گردید که می تواند در شرایط جریان زیر بحرانی ضریب تخلیه مکانی را پیش بینی نماید. در نهایت، مدل ارایه شده با داده های حاصل از پژوهش های قبلی مورد ارزیابی و آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد که تخمین دبی سرریز جانبی با خطای نسبی کمتر از ده درصد از همخوانی مناسبی برخوردار است. همچنین، مقایسه مدل موردنظر (تغییرات ضریب تخلیه مکانی) با نتایج روش کلی نشان می دهد که این روش از دقت بیشتری برخوردار است.

روزنه های مستطیلی از جمله ابزاری هستند که در هیدرولیک به عنوان یک وسیله اندازه گیری دبی جریان مورد استفاده قرار می گیرند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تأثیر نسبت طول به عرض روزنه های راست گوشه با مساحت یکسان بر ضریب دبی می باشد، به طوری که یکی از روزنه ها با نسبت طول به عرض برابر 1. 618 (نسبت طلایی) که در نظام طبیعت به فراوانی مشاهده می شود، ساخته شده تا ویژگی آن در تخلیه دبی تحت بار آبی مختلف بررسی شود. بنابراین، آزمایش ها بر روی پنج روزنه راست گوشه که نسبت طول به عرض آن ها بین یک تا 16 متغیر بوده انجام شد. همچنین، مقایسه ای بین روزنه های مستطیلی با روزنه دایره ای شکلِ هم مساحت با روزنه های راست گوشه انجام پذیرد. در نتیجه، تعداد 94 آزمایش در محدوده دبی 0. 136 الی 0. 637 لیتر بر ثانیه بر روی روزنه ها انجام گرفت. در این پژوهش، رابطه ای با عنوان ضریب تصحیح توزیع فشار برای روزنه ها ارائه شده است تا تأثیر توزیع غیرهیدرواستاتیک فشار بر ضریب دبی در بارهای آبی کم دیده شود. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت طول به عرض، ضریب دبی روزنه راست گوشه به طور عمومی افزایش می یابد به طوری که با تغییر نسبت طول به عرض در بازه مذکور، ضریب دبی روزنه ها به مقدار 11. 7 درصد تغییر می کند. همچنین، نتایج آزمایش ها نشان داد که مستطیل طلایی ویژگی خاصی از نظر تخلیه دبی نداشته و ضریب دبی روزنه دایره ای شکل در محدوده انجام آزمایشات تحقیق حاضر برابر با کمترین ضریب دبی در روزنه های راست گوشه است.

سرریزها از مهم ترین سازه های هیدرولیکی هستند و نمونه ای از انواع آن ها، سرریز جانبی است. می توان از اشکال مختلف این سرریزها به سرریزهای غیرخطی در تاج مانند سرریزکنگره ای و کلید پیانویی اشاره نمود. در این تحقیق به صورت آزمایشگاهی ضریب تخلیه سرریز های جانبی کنگره ای مستطیلی و کلید پیانویی در 3 سیکل و با 4 ارتفاع 5، 10، 15 و 20 سانتی متر مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. جهت انجام آزمایش های این پژوهش از کانال موجود در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه بوعلی سینا به طول 10 متر و عرض و ارتفاع 60 سانتی متر استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد در تمامی سرریزهای جانبی کنگره ای و کلید پیانویی نحوه تغییرات Cd و QL/Qn، نسبت به Ht/P نزولی بوده و با افزایش مقدار Ht/P مقادیر Cd و QL/Qn کاهش می یابند. در تحقیق حاضر که سرریزهای ذکر شده به صورت جانبی در کانال تحت آزمایش قرار گرفتند نتایج نشان می دهد که سرریز جانبی کنگره ای مستطیلی راندمان و عملکرد بهتری نسبت به سرریز جانبی کلید پیانویی دارد. همچنین سرریزهای کنگره ای مستطیلی با ارتفاع 5، 10، 15 و 20 سانتی متر به ترتیب برای مقادیر بیش از Ht/P، 0/95، 0/66، 0/46 و 0/32 با افزایش نسبت Ht/P سرریز از عملکرد مطلوب خود خارج شده و راندمان آن به شدت کاهش پیدا می کند این مقادیر برای سرریزهای کلید پیانویی به ترتیب برابر با 0/88، 0/6، 0/44 و 0/35 می باشد.

آبگیرهای کفی سازه های فلزی مشبکی هستند که به منظور انحراف آب در بستر جریان نصب می شوند. به کارگیری این سازه ها یکی از روشهای مطمئن و کارآمد در آبگیری از رودخانه های کوهستانی با شیب تند و بار بستر درشت دانه به شمار می رود. یکی از شکلهای آبگیرهای کفی که تاکنون کمتر مورد توجه قرار گرفته، آبگیر کفی ساخته شده از شبکه متقاطع میله های طولی و عرضی است. این شکل خاص که آبگیر کفی با میله های متقاطع نامیده می شود، نسبت به آبگیر کفی با میله های طولی و یا آبگیر کفی با میله های عرضی، به لحاظ سازه ای عملکرد بهتری در مقابل نیروهای وارده دارد. در این پژوهش تعداد 3 کف مشبک از میله های طولی و عرضی متقاطع با درصد بازشدگی های مختلف ساخته شد و در فلومی با شیب های متفاوت نصب گردید. در مجموع 81 سری آزمایش با عبور دادن دبی های مختلف آب زلال و طولهای متفاوت سازه کف مشبک انجام گرفت. در هر سری آزمایش، دبی منحرف شده توسط کف مشبک (Qd) و دبی باقیمانده در کانال (Qr) توسط یک کانال دو طبقه مجهز به دو عدد سرریز لبه تیز مستطیلی کالیبره شده، قرائت گردید. سپس ضریب تخلیه این نوع کف مشبک تحت تاثیر پارامترهای مختلف هیدرولیکی و هندسی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی، رابطه بی بعدی بین متغیر وابسته و متغیرهای مستقل استخراج شد و سپس بین داده های حاصل از 81 سری آزمایش، روابط مختلف خطی و غیرخطی برازش داده شد و در انتها بر مبنای معیارهای آماری موجود، مناسب ترین رابطه برازنده داده های آزمایشگاهی انتخاب گردید. در نهایت عملکرد هیدرولیکی نوع جدید آبگیر کفی با نوع مرسوم آبگیرهای کفی دارای میله های طولی، از طریق محاسبه دبی منحرف شده توسط هر کدام در شرایط یکسان، مقایسه گردید.