خصوصیات جریان در تخلیه سطحی فاضلابهای سنگین در پیکره‌های آبی ساکن و لایه‌بندی نشده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای آب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 دانشیار گروه آب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

3 دانشیار گروه مهندسی محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران

4 دانشجوی کارشناسی مهندسی عمران، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

در این مقاله نتایج مشاهدات آزمایشگاهی انجام شده به‌منظور تعیین مشخصات جریان در تخلیه سطحی فاضلابهای سنگین از کانال‌های مستطیلی در محیط‌های ساکن و غیرلایه‌بندی شده، ارائه گردید. در تحقیق حاضر، رفتار هندسی جریان از طریق شبیه‌سازی فرایند تخلیه در اتاق تاریک، ثبت شد و از طریق پردازش رقومی تصاویر به‌دست آمده، مورد بررسی قرار گرفت. در این آزمایش‌ها همچنین برای اندازه‌گیری میزان ترقیق، از نتایج حسگرهای الکتروشیمیایی هدایت الکتریکی که در امتداد مسیر جانمایی شده‌ بودند، استفاده شد. به این ترتیب، علاوه بر مشخصات هندسی جریان، رفتار اختلاطی آن نیز تعیین و در قالب مجموعه‌ای از گراف‌های بی‌بعد ارائه گردید. پروفیل‌های غلظت، مسیر خود همسان جریان، تغییرات عرض و میزان ترقیق جریان در امتداد مسیر آن، از جمله پارامترهایی هستند که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به خاصیت خود همسانی جریان در محیط‌های پذیرنده، الگوهای مشاهده شده از مشخصات جریان، از طریق تقسیم بر مقیاسهای طولی جت به پلوم به‌دست آمده برای هر آزمایش، نرمال گردید. پارامترهای به‌دست آمده با قرارگرفتن بر روی یکدیگر، رفتار عمومی جریان در محیط پذیرنده را نشان می‌دهند. نتایج به‌دست آمده در نهایت به‌منظور به‌دست آوردن تصویری مناسب از فرایند تخلیه با مشاهدات آزمایشگاهی سایر محققان در حالت تخلیه‌ مستغرق فاضلابهای سبک مقایسه گردید. بررسی مقایسه‌ای رفتار جریان در این دو حالت بیانگر آن است که علی‌رغم الگوی رفتاری مشابه، به‌دلیل تأثیر سطح آزاد محیط، مشخصات جریان در تخلیه‌های سطحی و مستغرق تاحدی متفاوت از یکدیگر است. در این حالت مسیر حرکت جریان دارای پیشروی افقی بیشتری نسبت به تخلیه‌های مستغرق بوده و شیب تغییرات عرض و ترقیق جریان نیز متفاوت از حالت مستغرق است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Flow Characterization Dilution in Surface Discharge of Negatively Buoyant Flow in Stagnant and Non-Stratified Water Bodies

نویسندگان [English]

  • Ozeair Abessi 1
  • Mohesn Saeedi 2
  • Naser Hajizadeh Zaker 3
  • Hossin Khirkhah Gildeh 4
1 Ph.D. Student of Water and Environment, School of Civil Eng., Iran University of Science and Tech., Tehran
2 Assoc. Prof. of Water and Environment, School of Civil Eng., Iran University of Science and Tech., Tehran
3 Assoc. Prof. of Environment, Dept. of Environmen, Tehran University, Tehran
4 B.S. Student of Civil Eng., School of Civil Eng., Iran University of Science and Tech., Tehran
چکیده [English]

In this study the results of the experiments conducted in surface discharge of negatively buoyant flows in stagnant and non-stratified body are presented. Geometrical behavior of flow have been studied by simulating of discharged in a dark room and digital possessing of the photos. To determine the mixing behavior of flow the data obtained from 20 conductivity probes located along the trajectory of flow were utilized. Flow concentration profiles, flow self similar trajectory, variation in flow width and changes in flow dilution are the flow characteristics that were studied here. Regarding flow self similar properties the non dimensional behavior of flow will show similar behavior for different conditions of discharge. To have a comparative scale the experimental results were compared with the behavior that formerly reported for submerge horizontal discharges of positively buoyant flows. The analysis of flow behavior in these two discharges showed that despite the fact the flow general behavior is similar, geometric and mixing characteristics of flow in surface discharges are different from the those observed in submerge discharges. In surface discharges flow protrudes more in comparison to submerge discharges. The changes of flow width and dilution were also different from the one reported for submerge discharges.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wastewater Discharg
  • Surface Outfall
  • Negative Buoyancy
  • Desalination
  • Mixing
Abessi, O., and Saeedi, M. (2009) Wastewater discharge into the seas J. of Water and Envionmental 73, 34-41
Ahmed, M., Shayya, W. H., Hoey, D., and Al-Handaly, J. (2001) Brine disposal from reverse osmosis desalination plants in Oman and the United Arab Emirates J. Desalination. 133, 135-147
Roberts, P.J.W., Ferrier, A., and Daviero, G. (1997) Mixing in inclined dense jet J. Hydraulic Engineering 123 (8), 693-699
Jones, G., Nash, D., Doneker, L., and Jirka, H. (2007) Buoyant surface discharge into water bodies. I: Flow classification and prediction methodology J. Hydraulic Engineering 133 (9), 1010-1020
Zhang, H., and Baddour, E. (1998) Maximum penetration of vertical round dense jets at small and large froud numbers J. Hydraulic Engineering 124 (5), 550-553
Cipollina, A., Brucato, A., Grisafi, F., and Nicosia, S. (2005) Bench-scale investigation of inclined dense jets J. Hydraulic Engineering 131 (11), 1017-1022
Kikkert, G., Davidson, J., and Noles, I. (2007) Inclined negatively buoyant ischrges J. Hydraulic Engineering 133 (5), 545-554
Bleninger, T., and Jirka G. H. (2008) Modeling and environmentally sound management of brine discharge from desalination plants J. Desalination 221, 585-597
Hayashi, T., and Shuto, N. (1967) Diffusion of warm water jets discharged horizontally at water surface Proc. of the 12 Conf. of the Intern'l. Assoc. for Hyd. Res., Fort Collins, Colorado , 47-59
Stolzenbach, K.D., and Harleman, D.R.F. (1971) An analytical and experimental investigation of surface discharges of heated water Technical Rep. No. 135, R. M. Parsons Lab for Water Resources and Hydrodynamics Massachusetts, USA
Chu, V. H., and Goldberg, M.B. (1974) Buoyant forced plumes in cross flow J. Hydraulics Division 122 (1), 27-34
Adams, E.E., Stolzenbach, K.D., and Harleman, D.R.F. (1975) Near and far field analysis of buoyant surface discharges into large bodies of water Technica Report 201, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts
Dunn, W. E., Policastro, A. J., and Paddock, R. A. (1975) Surface thermal plumes: Evaluation of mathematical models for the near and complete field Argonne National Laboratory Report ANL/WR-75-3-Part One, USA
Wiuff, R. (1978) Experiments on surface buoyant jet J. Hydraulic Division 104 (5), 667-679
Jirka, G.H., Adams, E.E., and Stolzenbach, K.D. (1981) Buoyant surface jets J. Hydraulic Division 107 (11), 1467-1487
Chu, V. H., and Jirka, G. H. (1986) Surface buoyant jets Encyclopedia of fluid mechanics, Gulf Publishing Company, Houston, Texas
Jones, R.G., Nash, D. J., and Jirka, H.G. (1996) CORMIX3: An experimental system for mixing zone analysis and prediction of buoyant surface discharges User Manual, Office of Science and Technology, Environmental protection Agency, Washington. D.C.
Alavian, V. (1986) Behavior of density currents on an incline J. of Hydraulic Engineering 112 (1), 27-42
Hauenstein, W., and Dracos, T. (1983) Investigation of plunging density currents generated by inflows in lakes J. Hydraulic Research 22 (3), 157-179
Kassem, A., Jasim, I., and Jamil, A.K. (2003) Three-Dimensional modeling of negatively buoyant flow in diverging channels J. Hydraulic Engineering 129 (12), 936-947
Abdelwahed, M. S. T., and Chu, V. H. (1981) Surface Jets and surface plumes in cross-flows Technical Report No. 81-1, Fluid Mechanics Laboratory, McGill University, Montreal
Jen, Y., Wiegel, R. L., and Mobarek, I. (1966) Surface discharges of horizontal warm water jets J. Power Div. 92 (2), 1-29
Jirka, G., Adams, E., and Stolzenbach, K. (1981) Properties of surface buoyant jets J. of Hydraulics Division 106, 1467-1487
Nash, J. D., and Jirka, G. H. (1996) Buoyant surface discharges into unsteady ambient flows J. Dyn. Atmos. Oceans 24 (1-4), 75-84
Fischer, B., List, J.E., Imberger, J., and Brooks, H. N. (1974) Mixing in inland and coastal waters Acadmce Press, INC.San Diego, California
Roberts, J.W., and Wright, S.J. (1981) Vertical round buoyant jet in shallow water J. Hydraulic Engineering 72, 490-496
Pincince, A. B., and List, E. J. (1973) Disposal of brine into an estuary J. Water Pollut. Control Fed. 45, 2335-2344
Wright, S. J. (1997) Effects of ambient cross flow and density stratification on the characteristic behavior of round turbulent buoyant jets Report No. KH-R-36, W.M. Keck Lab. of Hydr. and Water Resour., California Inst. of Tech., Pasadena, California
Lee, J.H.W., and Chu, V.H. (2003) Turbulent jets and plumes a lagrangian approach Kluweer Academic Publishers, Boston
Shao, O., and Law A.W.K. (2010) Mixingandboundaryinteractionsof 30◦ and 45◦ inclined Dense jets Environmental Fluid Mechanics 10, 521-553
Fan, L. N. (1967) Turbulent buoyant jets into stratified or flowing ambient fluids KH-R- 15, W. M. Keck Laboratory of Hydraulic and Water Resources, California Institute of Technology, Pasadena, California
Davidson, M.J., and Pun, K.L. (2000) Weakly advected jets in cross-flow J. Hydraulic Engineering 125 (1), 47-58
Hansen, J., and Schroder, H. (1968) Horizontal jet dilution studies by use of radioactive isotopes Acta Polytechnica Scandinavica, Civil Engineering and Building Construction Series Ci 49, 24, USA
Jirka, G.H. (2004) Integral model for turbulent buoyant Jets in unbounded stratified flows part 1: Single round Jet J. Environmental Fluid Mechanics 4, 1-56
Liseth, P. (1970) Mixing of merging buoyant jets from a manifold in stagnant receiving water of uniform density Rep. No. HEL 23-1, Hydraulic Engineering Laboratory, Univ. of California, Berkeley, Calif
Xiao, J., Travis, J.R., and Breitung, W. (2009) Non-Boussinesq integral model for horizontal turbulent buoyant round Jets Science and Technology of Nuclear Installations 3, 225-232