بررسی تأثیر خصوصیات جریان بر عمق آبشستگی ناشی از برخورد دو جت مایل

نویسنده

استادیار، گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، ایران

10.22125/iwe.2021.138252

چکیده

آبشستگی ناشی از فرسایش بستر در هنگام مواجه با جت‌های ریزشی آب به دلیل عملکرد مخربی که بر پی سازه‌های هیدرولیکی می‌گذارد موضوعی است که موردتوجه محققان مختلف قرارگرفته است. برخورد دو جت مایل علاوه بر تغییری که در نیروی فرسایشی آب ایجاد می‌کند ممکن است سبب ورود هوا نیز شود که در این تحقیق بر اساس نتایج آزمایشگاهی به بررسی عمق آبشستگی ناشی از برخورد دو جت در حوضچه آرامش فرود فواره پرداخته‌شده است. برای این کار از سه نوع دانه‌بندی در برابر 4 ارتفاع عمق پایاب استفاده‌شده است. دو جت با زوایای 30، 45 و 60 درجه نسبت به قائم باهم برخورد داده‌شده‌اند و در پایان هر آزمایش عمق آبشستگی اندازه‌گیری گردید. مشخص گردید که با افزایش عدد فرود ذره عمق آب شستگی افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش زاویه جت نسبت به قائم، عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. پس از مقایسه روابط ارائه‌شده توسط محققین مختلف، رابطه‌ای برای بیان عمق آبشستگی ناشی از برخورد دو جت مایل ارائه‌شده است. همچنین مشخص شد که ورود هوا تأثیر قابل‌ملاحظه‌ای بر کاهش عمق آبشستگی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation on flow characteristics effect on scour depth of two inclined jets impingement

نویسنده [English]

  • Arash Jael
assistant professor, Agricultural Department,Payame Noor University,Iran
چکیده [English]

Local scour of free fall jets due to destructive effects on hydraulic structures is an interesting topic for researchers. Impingement of 2 jet changes the erosive water power and also leads to air entrainment. In this research-based on experimental results, scour depth in the plunge pool due to two inclined jets impingement was investigated. Three sizes of sediment aggregate was used and tailwater was changed at four levels. Jets had three angles relative to vertical, namely 30, 45, 60 degrees. It was found that with increasing densimetric Froud number, the scour depth increases. Also It was found that with increasing jet angle, the scouring depth was increased. Some formulas presented by different researchers were compared to estimate the scour depth for impingement of the two inclined jet and a new equation for estimating of scour depth was proposed. Furthermore, the results showed that air entrainment had a significant effect on reducing scour depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Two free inclined jets
  • Jet angle
  • densimetric Froud number
  • Plunge Pool
  • Scour Depth
سیفی زاده, م، ع. عمادی و ر. فضل اولی.1392. تغییرات مورفولوژی رودخانه پلرود در پایین‌دست سد، قبل و بعد از احداث سد در مقیاس کوتاه‌مدت. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران. سال سوم، شماره 4، ص. 70-59.
منصوری،س.، ص. امامقلی زاده، خ. اژدری و ر. مؤذن‌زاده. 1۳۹۷. مطالعه آزمایشگاهی حداکثر عمق آب شستگی ناشی از جت‌های ریزشی آزاد در پایین‌دست سدهای مخزنی، نشریه مهندسی عمران فردوسی، سال سی و یکم، شماره 10،ص.۱-۲۰.
منصوری, ر، ف. معافث، م. بهشتی راد و ع.کاربخش. 1398. بررسی خصوصیات هیدرولیکی در پرتابه جامی شکل با استفاده از مدل عددی', نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران سال دهم، شماره 2، ص. 12-1.
نجفی، ج. و م.قدسیان. 2004. بررسی آزمایشگاهی ابعاد حفره آبشستگی پایین‌دست کالورت لوله ای. نشریه دانشکده فنی, سال سی و هشتم. شماره2، ص 338-329.
 
ALBERTSON, M., DAI, Y., JENSEN, R. & ROUSE, H. 1948. Diffusion of submerged jets;¢¡£¥¤ § ¦©, vol. 74.
CANEPA, S. & HAGER, W. H. 2003. Effect of jet air content on plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 129, 358-365.
D'AGOSTINO, V. 1994. Indagine sullo scavo a valle di opere trasversali mediante modello fisico a fondo mobile. L'Energia elettrica (1981), 71, 37-51.
D’AGOSTINO, V. & FERRO, V. 2004. Scour on alluvial bed downstream of grade-control structures. Journal of Hydraulic Engineering, 130, 24-37.
DUARTE, R., PINHEIRO, A. & SCHLEISS, A. J. 2016. An enhanced physically based scour model for considering jet air entrainment. Engineering, 2, 294-301.
GHODSIAN, M., MEHRAEIN, M. & RANJBAR, H. 2012. Local scour due to free fall jets in non-uniform sediment. Scientia Iranica, 19, 1437-1444.
GHODSIAN, M., MELVILLE, B. & TAJKARIMI, D. Local scour due to free overfall jet.  Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 2006. Thomas Telford Ltd, 253-260.
HOFFMANS, I. G. J. 2009. Closure problem to jet scour. Journal of hydraulic research, 47, 100-109.
JAEGER, C. 1939. Uber die Aehnlichkeit bei flussaulichen Modellversuchen. Wasserkraft und Wasserwirtschaft, 34, 269.
MANSO, P. A., FIOROTTO, V., BOLLAERT, E. & SCHLEISS, A. J. 2004. Discussion of “Effect of jet air content on plunge pool scour” by Stefano Canepa and Willi H. Hager. Journal of Hydraulic Engineering, 130, 1128-1130.
MARTINS, R. Contribution to the knowledge on the scour action of free jets on rocky river beds.  Proc. from the 11th Congress on Large Dams, 1973. 799-814.
MASON, P. 1984. EROSION OF PLUNGE POOLS DOWNSTREAM OF DAMS DUE TO THE ACTION OF FREE-T-RAJECTORY JETS. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 76, 523-537.
MASON, P. J. 1989. Effects of air entrainment on plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 115, 385-399.
MASON, P. J. & ARUMUGAM, K. 1985. Free jet scour below dams and flip buckets. Journal of Hydraulic Engineering, 111, 220-235.
PAGLIARA, S., HAGER, W. H. & MINOR, H.-E. 2006. Hydraulics of plane plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 132, 450-461.
PAGLIARA, S. & PALERMO, M. 2013. Analysis of scour characteristics in presence of aerated crossing jets. Australasian Journal of Water Resources, 16, 163-172.
RAJARATNAM, N. 1976. Turbulent jets, Elsevier.
STEIN, O., JULIEN, P. & ALONSO, C. 1993. Mechanics of jet scour downstream of a headcut. Journal of hydraulic research, 31, 723-738.