مطالعه آزمایشگاهی مشخصات هندسی جت‌های سنگین مورب 30 آزاد و متأثر از بستر در محیط‌های ساکن لایه‌بندی نشده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

چکیده

تخلیه‌‌کننده‌های دریایی مستغرق با تخلیه جریان شناور در عمق دریا به‌صورت گسترده برای دفع انواع پساب‌های تولیدی در محیط‌های دریایی استفاده می‌شوند. برای پساب‌های سنگین، تخلیه مورب تحت زاویه 60 درجه نسبت به افق به‌عنوان زاویه‌ای با بهترین عملکرد مورد پذیرش عمومی قرار گرفته است، اما این زاویه به‌دلیل ارتفاع زیاد حاصله برای آب‌های ساحلی کم‌عمق مشکل‌آفرین بوده و زوایای کوچکتر در این شرایط ارجحیت دارند. در این پژوهش مشخصات هندسی تخلیه جت‌های سنگین 30 درجه آزاد (دور از مرزهای جانبی) و متأثر از بستر در محیط ساکن و لایه‌بندی نشده را با استفاده از روش فلورسنت تحریک شده با لیزر بررسی شد. مهم‌ترین مشخصات هندسی جریان شامل خط سیر جت، حداکثر ارتفاع خط مرکزی، حداکثر ارتفاع صعود جریان و فاصله‌ افقی نقطه بازگشت از طریق داده‌ها و نمودارهای بی‌بعد ارائه و مورد بررسی مقایسه‌ای قرار گرفتند. جت‌های سنگین آزاد به‌طور کلی از روند گزارش شده در پژوهش‌های آزمایشگاهی پیشین پیروی می‌کنند، اما مشاهده شد که کاهش فاصله نازل از بستر و تأثیر مرز ثابت در رفتار جریان، منجر به عدم‌تقارن در خط سیر جریان و کاهش فاصله افقی نقطه بازگشت می‌شود.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Geometrical Characteristics of Free and Boundary-Affected 30° Inclined Dense Jets in Unstratified Stagnant Environments

نویسندگان [English]

  • Mohammadmehdi Ramezani 1
  • Ozeair Abessi 2
  • Ali Rahmani Firoozjaee 2
1 MSc Student, School of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Assist. Prof., School of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Submerged outfalls by discharging buoyant jets in the depth of seawater are widely used for the disposal of various types of effluents into the marine environment. A 60° inclined jet to the horizontal is accepted as the optimal angle of inclination for dense flow, but this angle is comparatively problematic for shallow waters; hence smaller inclination is preferred. The present paper investigates the geometrical characteristics of free (far from boundaries) and boundary-affected 30° inclined dense jets in unstratified stagnant ambient using laser-induced fluorescence technique. The major geometrical characteristics, including the centerline trajectory, centerline peak, terminal rise height, and horizontal location of return point, were analyzed by normalized data and plots. The free jets generally follow trends in previous experimental studies. It was observed that a dramatic reduction in the bed proximity parameter results in an asymmetry in the centerline trajectory and a decrease in the horizontal distance of the return point.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Marine Outfalls
  • Buoyant Jets
  • Dense Jets
  • Coanda effect
Abessi, O., Ramani Firoozjayee, A., Hamidi, M., Bassam, M. & Khodabakhshi, Z. 2020. Three dimensional laser scanning system for illumination of fluorescent flow for the environmental hydraulic researches, Journal of Hydraulics, 14(4), 69-81.
Abessi, O. & Roberts, P. J. W. 2016. Dense jet discharges in shallow water. Journal of Hydraulic Engineering, 142(1), 4015033.
Abessi, O. & Roberts, P. J. W. 2015. Effect of nozzle orientation on dense jets in stagnant environments. Journal of Hydraulic Engineering, 141(8), 6015009.
Abessi, O. & Roberts, P. J. W. 2017. Multiport diffusers for dense discharge in flowing ambient water. Journal of Hydraulic Engineering, 140(8), 04014032.
Abessi, O. & Roberts, P. J. W. 2018. Rosette diffusers for dense effluents in flowing currents. Journal of Hydraulic Engineering, 144(1), 06017024.
Abessi, O., Saeedi, M., Hajizadeh Zaker, N. & Kheirkhah Gildeh, H. 2012a. Flow characterization dilution in surface discharge of negatively buoyant flow in stagnant and non-stratified water bodies. Journal of Water and Wastewater, 22(4), 71-82. (In Persian)
Abessi, O., Saeedi, M., Hajizadeh Zaker, N. & Kheirkhah Gildeh, H. 2012b. Waste field characteristics, ultimate mixing and dilution in surface discharge of dense jets into stagnant water bodies. Journal of Water and Wastewater, 23(1), 2-14. (In Persian)
Cederwall, K. 1968. Hydraulics of marine waste water disposal. Chalmers tekniska högskola.
Cipollina, A., Brucato, A., Grisafi, F. & Nicosia, S. 2005. Bench-scale investigation of inclined dense jets. Journal of Hydraulic Engineering, 131(11), 1017-1022.
Ferrari, S. & Querzoli, G. 2004. Sea discharge of brine from desalination plants: a laboratory model of negatively buoyant jets. In MWWD & IEMES 2004-3rd International Conference on Marine Wastewater Discharges and Marine Environment Proceediing, Catania, Italy.
Ghayoor, S., Hamidi, M. & Abessi, O. 2019. Experimental analysis of turbulent flows in brine discharge of coastal desalination plants. Journal of Oceanography, 10(39), 101-111. (In Persian)
Jirka, G. H. 2008. Improved discharge configurations for brine effluents from desalination plants. Journal of Hydraulic Engineering, 134(1), 116-120.
Kikkert, G. A. 2006. Buoyant jets with two and three-dimensional trajectories. PhD Thesis, University of Canterbury, Newzeland.
Kikkert, G. A., Davidson, M. J. & Nokes, R. I. 2007. Inclined negatively buoyant discharges. Journal of Hydraulic Engineering, 133(5), 545-554.
Lai, C. C. K. & Lee, J. H. W. 2012. Mixing of inclined dense jets in stationary ambient. Journal of Hydro-Environment Research, 6(1), 9-28.
Law, A. W. K. & Herlina, H. 2002. An experimental study on turbulent circular wall jets. Journal of Hydraulic Engineering, 128(2), 161-174.
Oliver, C. J., Davidson, M. J. & Nokes, R. I. 2013. Behavior of dense discharges beyond the return point. Journal of Hydraulic Engineering, 139(12), 1304-1308.
Pincince, A. B. & List, E. J. 1973. Disposal of brine into an estuary. Journal of the Water Pollution Control Federation, 2335-2344.
Roberts, P. J. Ferrier, A. & Daviero, G. 1997. Mixing in inclined dense jets. Journal of Hydraulic Engineering, 123(8), 693-699.
Roberts, P. J. & Toms, G. 1987. Inclined dense jets in flowing current. Journal of Hydraulic Engineering, 113(3), 323-340.
Shacheri, F., Abessi, O., Samani, J. M. & Saeedi, M. 2018. The impact of channel shape at surface discharge from rectangular and trapezoid sections into stagnant and non-stratified water bodies. Journal of Water and Wastewater, 29(2), 101-113. (In Persian)
Shao, D. 2010. Desalination discharge in shallow coastal waters. In Nanyang Technological University, Beijing, China.
Shao, D. & Law, A. W. K. 2010. Mixing and boundary interactions of 30° and 45° inclined dense jets. Environmental Fluid Mechanics, 10(5), 521-553.
Sobey, R. J., Johnston, A. J. & Keane, R. D. 1988. Horizontal round buoyant jet in shallow water. Journal of Hydraulic Engineering, 114(8), 910-929.
Takdastan, A., Hajizadeh, N. & Jafarzadeh, N. 2005. Outfall as a suitable alternative for disposal of municipal wastewater in coastal areas. Journal of Water and Wastewater, 15(3), 66-75. (In Persian)
Tian, X. & Roberts, P. J. 2003. A 3D LIF system for turbulent buoyant jet flows. Experiments in Fluids, 35(6), 636-647.
Zeitoun, M. A., Reid, R., McHilhenny, W. F. & Mitchell, T. M. 1970. Model studies of outfall system for desalination plants. Dow Chemical Co., Freeport, Tex pub, Washington, DC. USA.