در مقاله حاضر به بررسی آزمایشگاهی تشکیل گرداب های سطحی در دهانه آبگیرها برای شرایط مختلف هیدرولیکی پرداخته شده است. در بخش اول این مطالعه، قدرت گرداب های پایدار تشکیل شده در آبگیرهای منفرد برای سه زاویه آبگیری عمودی، °45 و افقی در شرایط مختلف هیدرولیکی اندازه گیری شده است. برای انجام آزمایش های این بخش، از دستگاه سرعت سنج دینامیکی به منظور اندازه گیری سرعت مماسی گرداب استفاده شده است. قدرت گرداب های تشکیل شده در آبگیرها بوسیله عدد بی بعد گردندگی، برای شش عدد فرود و دو عمق استغراق نسبی مختلف ارائه شده است. نتایج نشان داد که با کاهش زاویه آبگیری نسبت به حالت عمود، قدرت گرداب های تشکیل شده کاهش پیدا می کند. قدرت گرداب در آبگیرهای افقی نسبت به آبگیر عمودی بطور میانگین در حدود 31% کاهش پیدا کرده است. بر اساس نتایج بدست آمده رابطه ای به منظور تعیین عدد گردندگی گرداب های تشکیل شده در آبگیر برای هر زاویه آبگیری استخراج شده است. در بخش دیگر این مطالعه، آزمایش ها به منظور تعیین عمق استغراق بحرانی آبگیرهای منفرد انجام شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش زاویه آبگیری نسبت به حالت عمود، عمق استغراق بحرانی آبگیر ها کاهش پیدا می کند، به طوریکه کمترین عمق استغراق بحرانی برای زاویه آبگیری افقی رخ داده است. برای هر زاویه آبگیری معادله ای به منظور پیش بینی عمق استغراق بحرانی برحسب عدد فرود آبگیر ارائه شده است. همچنین نتایج بدست آمده با نتایج محققین دیگر مقایسه شده است که از تطابق خوبی برخوردار است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

آبگیرهای افقی از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که برای آبگیری از رودخانه ها و مخازن سدها به منظور تأمین آب شرب و یا اهداف صنعتی نصب می گردند. عمق استغراق جریان در دهانه های ورودی این آبگیرها می تواند منجر به تشکیل جریان گرداب شود. وقوع جریان گردابی در نتیجه اندرکنش بین عوامل مختلف باعث ایجاد مشکلاتی از جمله لرزش و ورود هوا به تأسیسات وابسته شده و کاهش ضریب تخلیه جریان را به همراه دارد. بررسی ها نشان می دهد که عمق استغراق بحرانی در دهانه های آبگیر علاوه بر مشخصات هندسی دهانه آبگیر، به شدت آشفتگی و میزان تغییرات لحظه ای خصوصیات جریان نیز وابستگی شدید نشان می دهد. در این مقاله تلاش شده است تا با تلفیق نتایج آزمایشگاهی مختلف، دامنه تأثیر پارامترهای مؤثر بر تخمین عمق استغراق بحرانی در آبگیرهای افقی منشعب از مخازن گسترش یافته و در نهایت با اعمال اثر وزن کلیه عوامل هیدرولیکی و هندسی، رابطه ای غیر خطی برای تخمین عمق استغراق بحرانی معرفی گردد. نتایج حاصل از مدل پیشنهادی با مدلYildirim و معادله پیشنهادی Gurbuzdal، شبکه عصبی مصنوعی و برنامه سازی ژنتیک مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که هرچند نتایج حاصل از شبکه عصبی مصنوعی و برنامه سازی ژنتیک از دقت بالاتری نسبت به معادله های پیشنهادی توسط محققین قبلی و تحقیق جاری برخوردارند ولی در بین معادله های ارائه شده، سازگاری بهتری بین رابطه پیشنهادی و نتایج آزمایشگاهی ذکر شده وجود دارد.

آبگیرهای افقی یکی از سازه های متداول در برداشت آب از کانال های روباز مانند رودخانه ها و منابعی مانند دریاچه ها و مخازن سدها می باشند. یکی از پدیده های هیدرولیکی که عمدتاً به هنگام آبگیری از کانال ها ایجاد می شود، تشکیل جریان گردابی و حباب های هوا می باشد که می تواند مشکلات زیادی برای تأسیسات هیدرو مکانیکی آبگیرها ایجاد نماید. ارتفاع ناکافی آب بالای لوله آبگیر (عمق استغراق) از دلایل عمده تشکیل جریان گردابی در آبگیرهای افقی می باشد. به دلیل اهمیت این پدیده تاکنون مطالعات بسیاری جهت تخمین عمق استغراق بحرانی انجام گرفته است. با این وجود، به دلیل عدم قطعیت در تشکیل گرداب در نزدیکی لوله آبگیر، نتایج حاصل از دقت مطلوبی برخوردار نمی باشد. در تحقیق کنونی با استفاده از سه سری داده آزمایشگاهی، کارآیی روش های هوش مصنوعی (ماشین بردار پشتیبان SVM و سیستم استنتاج عصبی-فازی انطباقی ANFIS و برنامه ریزی بیان ژن GEP) و روابط کلاسیک در تخمین عمق استغراق بحرانی آبگیرهای افقی در کانال های روباز و با فاصله متفاوت آبگیر از کف کانال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده بیان گر آن است که روش های هوش مصنوعی در تخمین عمق استغراق بحرانی بسیار دقیق تر از مدل های کلاسیک بوده و می توان همبستگی مناسبی را بین مقادیر مشاهداتی و محاسباتی مشاهده نمود. ﺑ ﻬ ﺘ ﺮ ﻳ ﻦ نتایج برای داده های آزﻣ ﻮ ن، با استفاده از روش SVM در ﺣ ﺎ ﻟ ﺖ C=di/2 (di و C به ترتیب قطر و فاصله آبگیر از کف کانال می باشند) با مقادیر 976/0DC=، 988/0R= و 191/0RMSE= به دست آمد. مطابق با نتایج تحلیل حساسیت مشاهده گردید که سرعت نسبی جریان و عدد وبر در لوله آبگیر به ترتیب بیشترین و کمترین تأثیر را در تخمین عمق استغراق بحرانی دارا می باشند.

آبگیرها جهت انحراف آب برای مقاصد مختلف از جمله کشاورزی، آبرسانی شهری، صنایع و تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند. سازه آبگیر در شرایط استغراق کم می تواند مستعد وقوع گرداب باشد. استغراق کافی برای جلوگیری از ایجاد گرداب و مقابله با محبوس شدن هوا در آبگیرها ضروری است. در این تحقیق، جریان ورودی به سیستم آبگیر سد آیدوغموش با استفاده از مدل FLUENT به روش عددی حجم محدود در شرایط هیدرولیکی مختلف بررسی شد. نتایج به دست آمده از این مدل با مقادیر اندازه گیری شده در مدل فیزیکی آبگیر مورد مقایسه قرار گرفت. سیستم آبگیر سد آیدوغموش شامل برج آبگیر به ارتفاع 40 متر می باشد که دارای چهار تراز آبگیری است. خصوصیات جریان در چهار حالت از آبگیری (بازشدگی دریچه های 1، 2، 3 و 4) بررسی شد و مقادیر ارتفاع پیزومتریک و سرعت جریان در نقاط مختلف برج توسط مدل FLUENT محاسبه گردید. حداقل خطای برآورد تراز پیزومتریک با معیار RMSE برابر با 0.13 متر، حداکثر مقدارآن 2.42 متر و مقدار میانگین آن 0.67 متر بود. مقدار استغراق بحرانی برای چهار وضعیت از بازشدگی دریچه های 1، 2، 3 و 4 با استفاده از معیار ناس در شرایط نرمال برابر با 3.96 متر بدست آمد. بر اساس نتایج بدست آمده از مدل فیزیکی و مدل FLUENT، مقدار استغراق بحرانی به شرایط هیدرولیکی در آبگیر بستگی دارد.

در مقاله حاضر، پدیده فرسایش در حوضچه های استغراق سرریز ریزشی یک سد بررسی و اثر دانه بندی مصالح بستر حوضچه آرامش بر میزان فرسایش و حداکثر عمق آبشستگی در حوضچه به وسیله جت آب خروجی از سرریز بررسی می گردد. برای تحلیل این پدیده در آزمایشگاه، با چهار اندازه مواد بستر (1، 2.75، 7.15، 11، میلیمتر)، دو دبی متفاوت جت خروجی از سرریز (10 و 15 لیتر بر ثانیه) و سه ارتفاع ریزش آب از سرریز سد (45، 60 و 75 سانتیمتر) آزمایش هایی برای تعیین عمق آبشستگی و تعیین میزان اثر اندازه مواد بستر بر عمق آبشستگی صورت گرفت.نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده نشان داد که معادله کتولاس برای تخمین فرسایش ناشی از سقوط جت ریزش آزاد در حوضچه استغراق از معادلات دیگر برای تخمین فرسایش مناسب تر می باشد و با تحلیل آماری نتایج به دست آمده معادله ای برای تخمین آبشستگی ارایه گردید.

یکی از روش های تامین نیاز آبی بخش کشاورزی، آب شهری و صنعتی، برداشت آب از مخازن یا کانال های انتقال آب به وسیله آبگیرهای قائم است. این روش بیشتر با پدیده تشکیل جریان های گردابی در دهانه آبگیر مواجه است. این امر باعث ورود هوا و ایجاد جریان های پیچشی در داخل مجرای انتقال می شود که به دنبال آن مشکلات دیگری نظیر کاهش ظرفیت آبگیری، افزایش احتمال وقوع پدیده خلازایی، لرزش و سر و صدا بوقوع می پیوندد. در این پژوهش به بررسی تاثیر ابعاد و موقعیت صفحات مستغرق افقی در کاهش عمق استغراق مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل گرداب با هسته هوا پرداخته شد. ابتدا آزمایشاتی برای تعیین منحنی دبی-استغراق بحرانی آبگیر، بدون نصب صفحات ضدگرداب انجام گردید و یک رابطه بی بعد بر حسب استغراق نسبی و عدد فرود ارائه شد. سپس تاثیر هر صفحه با ابعاد و موقعیت نصب مشخص به ازای پنج دبی مختلف بررسی شد. عملکرد صفحات در کاهش استغراق بحرانی مورد نیاز نسبت به حالت بدون صفحه یا شاهد، برای هر صفحه در ابعاد و موقعیت های مختلف محاسبه شد و بر این اساس بهترین صفحه تعیین گردید. بر اساس نتایج بدست آمده صفحه با ابعاد 2d´2d در موقعیت نصب 1d و با عملکرد %29.85 بهترین گزینه برای کاهش استغراق بحرانی می باشد. درادامه یک رابطه رگرسیونی برای تخمین استغراق نسبی آبگیر دارای صفحات ضدگرداب از روی پارامترهای بی بعد عدد فرود، ابعاد نسبی صفحه و موقعیت نسبی صفحه ارائه شده است.

ایجاد گرداب در ورودی آبگیرها سبب بروز مشکلاتی از جمله ورود هوا به تأسیسات هیدرومکانیکی و در نتیجه بروز کاویتاسیون خواهد داشت. تعیین میزان تراز مجاز بهره برداری مخزن که باعث نفوذ هوا به آبگیر نشود، اهمیت بالایی دارد. با استفاده از اجزای جانبی، امکان بهبود الگوی جریان آبگیر و در نتیجه کاهش تراز مجاز بهره برداری مخزن وجود دارد. در این پژوهش آزمایشگاهی، اثر زاویه ی دفلکتورواقع در درون مجرا بر نحوه ی عملکرد هیدرولیکی آبگیرهای قائم، به خصوص عمق استغراق بحرانی آبگیر، بررسی شده است. برای این منظور، سه سناریوی مختلف به کارگیری دفلکتور در مجرای قائم با تغییر زاویه ی انحراف α معادل 3، 7 و 11 درجه بررسی و نتایج حاصل با شرایط جریان در آبگیر قائم در حالت بدون دفلکتور (مدل شاهد) مقایسه شد. نتایج بررسی ها نشان داد که به کارگیری دفلکتور در ایجاد ثبات تغییرات تراز سطح آب مخزن و کاهش تراز مجاز بهره برداری مخزن شده و نیز در جلوگیری از ورود هوا به دهانه ی آبگیر نقش بسزایی دارد. میزان عمق استغراق بحرانی زمان استفاده از دفلکتور با زاویه ی انحراف 11 درجه، نسبت به شرایط 3 درجه، به طور میانگین حدود 50 درصد کاهش نشان می دهد. در تحلیل حساسیت صورت گرفته بر عمق استغراق بحرانی همچنین مشخص شد کهتغییرات پارامترهای زاویه ی انحراف α و عدد فرود Fr آبگیر نقش بسزایی در میزان عمق استغراق بحرانی دارند به طوری که در تعیین پارامتر (S/Di)cr، نقش تغییر در عدد فرودFr در زاویه ی α معادل 11 درجه، نسبت به زاویه ی α معادل 3 درجه، دو چندان است.

جریان جت های سیال مستغرق هم فاز با محیط، بطور عمومی تحت تاثیر پارامتر اصلی مومنتم تحلیل می شوند ولذا درتحلیل هیدرودینامیکی جریان آنها، مشابه عموم جریان سیال ها از رابطه اولر که بیان کننده روابط حاکم بر مومنتم جریان است استفاده می شود. از آنجایی که تغییرات سرعت جریان بیانگر میزان مومنتم آن است، پارامتر سرعت بایستی به عنوان یکی از پارامترهای اصلی در جریان جت ها بررسی شود. در جت های مستغرق به واسطه احاطه شدن جت توسط محیط هم فاز پیچیدگی هایی در معادله جریان بروز می نماید که شناخت آنها نیازمند مطالعه آزمایشگاهی است. در این تحقیق پروفیل های سرعت در جت جریان مستغرق عمودی رو به بالا و تحت تاثیر پارامترهای سرعت اولیه، نوع شکل گیری و عمق استغراق برروی دهانه جت مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که کارکرد هندسه خروجی جت به شکل اثرگذاری بر محدوده میدان جریان در گستره، و تسریع در رسیدن به ناحیه توسعه یافتگی آن است. به همین ترتیب، با افزایش واگرایی دهانه جت مقادیر سرعت میانگین در مرکز توده جت با سرعت بیشتری نزولی خواهند شد. نتایج نشان داد با افزایش واگرایی دهانه خروجی جت جریان وارده، کاهش 32 درصدی در مقادیر میانگین سرعت متوسط در نقطه شکست هسته جت از زاویه 0 تا 11 درجه مشاهده شد. همچنین افزایش میزان عمق استغراق روی دهانه جت به واسطه تقابل تاثیر آن بر اینرسی حرکتی جت منجر به کاهش مقادیر سرعت میانگین شد. به نحوی که با افزایش 37 درصدی عمق استغراق روی دهانه جت، مقادیر سرعت متوسط در مرکز توده جریان جت در حدود 25 درصد کاهش نشان داد.