بررسی آزمایشگاهی تأثیر دیوارهای میانی غیرمستغرق در ناحیه جدایی آب در قوس‌های تند کانال‌های باز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

وجود انحنا در مسیر کانال از جمله مسائلی است که همواره در سیستم‌های انتقال آب اتفاق می‌افتد. در این مقاله به بررسی یکی از آثار سوء وجود انحنا در کانال که موجب پدیده جدایی آب از دیوار کناری می‌شود، پرداخته ‌شد. در این تحقیق ابتدا با بررسی مطالعات پیشین، فلوم آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و در آن هندسه انحنا، به‌صورت تند انتخاب گردید. سپس با انجام آزمایش‌های فراوان، صحت سنجی مدل آزمایشگاهی و کنترل همگنی داده‌ها و عدم وجود خطاهای سیستماتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین پس از ساخت مدل، تاثیر انحنا در الگوی جریان بعد از قوس نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای اولین بار، تاثیر دیوارهای غیر مستغرق میانی در الگوی جریان دخالت داده شد. تحقیقات آزمایشگاهی برای سه انحنای تند که در آن نسبت شعاع انحنا به عرض کانال 1/5 و زاویه انحنا 30،60 و 90 درجه بود، انجام شد. نتایج تحقیقات نشان داد که در تمام حالات چه با حضور دیوارهای میانی و چه بدون تاثیر دیوارهای میانی، بیشترین اثر جداشدگی جریان در دیوار بلافاصله بعد از قوس بود. همچنین در تمامی حالات در فاصله‌ای به اندازه عرض کانال بعد از قوس، جدایی جریان مشاهده گردید. در صورت وجود دیوارهای غیر مستغرق میانی و جداسازی جریان، پدیده جدایی تخفیف یافته و به‌خصوص در قوس با انحنای 90 درجه میزان کاهش آثار جدایی قابل ملاحظه خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Non Submerged Vanes on Separation Zone at Strongly-curved Channel Bends, a Laboratory Scale Study

نویسندگان [English]

  • Ali Akbar Akhtari 1
  • Jalil Abrishami 2
1 Assist. Prof. of Civil Eng., Dept. of Eng., Razi University, Kermanshah
2 Assoc. Prof. of Civil Eng., Dept. of Eng., Ferdowsi University, Mashhad
چکیده [English]

Bends along open channels always pose difficulties for water transfer systems. One undesirable effect of bends in such channels, i.e. separation of water from inner banks, was studied. For the purposes of this study, the literature on the subject was first reviewed, and a strongly-curved open channel was designed and constructed on the laboratory scale. Several tests were performed to evaluate the accuracy of the lab model, data homogeneity, and systematic errors. The model was then calibrated and the influence of curvature on flow pattern past the curve was investigated. Also, for the first time, the influence of separation walls on flow pattern was investigated. Experimental results on three strongly-curved open channels with a curvature radius to channel width ratio of 1.5 and curvature angles of 30°, 60°, and 90° showed that, in all the cases studied, the effect of flow separation could be observed immediately after the curve. In addition, the greatest effect of flow separation was seen at a distance equal to channel width from the bend end. In the presence of middle walls and flow separation, the effect of water separation reduced at the bend, especially for a curvature of 90°.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Open Channels
  • Strongly-curved Channel
  • Separation Wall
  • Flow Separation
  • Separation Zone
1- Thomson, J. (1876). “On the origin of winding of rivers in alluvial plains.” Processing of the Royal Society., 25, 5-8
2- Rozovskii, I. L. (1961). Flow of water in bends of open channels, Academy of Sciences of the Ukrainian S. S. R. Translated from Russian, Israel Program for Science Translation.
3- Devriend, H. J. (1979). “A mathematical model of steady flow in curve shallow channels.” J. Hydraulic. Res., 15(1), 37-54.
4- Devriend, H. J., and Geoldof, H. J. (1983). “Main flow velocity in short river bends.” J. Hydraulic. Div., 109(7), 991-1011.
5- Steffler, P. M., Rajasthan, N., and Peterson, A. M. (1985). “Water surface change of channel curvature.”
J. Hydraulic. Eng., 111(5), 866-870.
6- Jian, Y., and McCorquadale, J. A. (1998). “Simulation of curved open channel flow by 3d hydrodynamic model.” J. Hydraulic. Eng., 125(7), 687-697.
7- Blanckaert, K., and Graf, W. H. (2001). “Main flow and turbulence in open channel bend.” J. Hydraulic. Eng., 127(10), 835-847.
8- Odgaard, A. J., and Lee, H. Y. E. (1984). Submerged vanes for flow control and bank protection in streams, IIHR Report  No. 279, Iowa Inst. of Hydr. Res., University of Iowa, Iowa.
9- Odgaard, A. J., and Masconi, C. E. (1987). “Stream bank protection by submerged vanes.” J. Hydraulic. Eng., 113 (4), 520-536.
10- Odgaard, A. J., and Wang. Y. (1991). “Sediment management with submerged vanes, II Application.”
J. Hydraulic. Eng., 117(3), 284-302.
11- شاهرخی، م.، بارانی، ع.، و غفوری، ع. (1385). بررسی اثر صفحات مستغرق در انتقال رسوب در انحناء رودخانه با مدل فیزیکی. هفتمین کنفرانس بین المللی رودخانه، دانشگاه چمران، اهواز.
12- Leschziner, A., and Rodi, W. (1979). “Calculation of strongly curved open channel flow.” J. Hydraulic. Div., 105(10), 1297-1314.
13- U.S.B.R. (1985). Design of small dams, U .S. Department of Interior, Bureau of Reclamation, USA.
14- Armfield Limited, Co. (1995). Instruction manual of miniature propeller velocity meter type H33, Spanol.
15- حسینی، م.، و ابریشمی، ج. (1378). هیدرولیک کانال‌های باز، چاپ دهم، انتشارات دانشگاه امام رضا، مشهد.