مطالعه آزمایشگاهی تاثیر بارمعلق بر ضریب اصطکاک جریان در بسترهای صلب و صاف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

چکیده

تاثیر بارمعلق بر ضریب اصطکاک جریان اگر چه به‌طور گسترده مورد مطالعه محققین مختلف بوده است اما به‌دلیل گزارش نتایج غیرهمسو همچنان مورد بررسی و آزمون قرار دارد. در این تحقیق، تاثیر بار معلق بر ضریب اصطکاک جریان بر بسترهای صلب و صاف به صورت آزمایشگاهی مطالعه شد. تجهیزات آزمایشگاهی که برای این مطالعه به کار گرفته شد از کانالی به طول 4/20 متر، عرض 2/0 متر و عمق 3/0 متر، مخزن ذخیره آب و اختلاط رسوب تشکیل شده است. سامانه نمونه‌گیر رسوب ویژه‌ای برای این مطالعه ایجاد شد و بده جریان توسط روزنه‌ای که قبلاً واسنجی شده بود اندازه‌گیری می‌شد. داده‌های جمع‌آوری شده در این تحقیق نشان دهنده دامنه‌ای از عدم تاثیر تا کاهش ضریب اصطکاک جریان بوده است. همچنین شکل تغییرات ضریب اصطکاک جریان وابسته به عدد رینولدز ذره ارائه شد. نتایج به‌دست آمده با نتایج محققینی که قبلاً در این زمینه کار کرده‌اند مورد مقایسه قرار گرفت و از میان روابط ارائه شده بهترین رابطه‌ تعیین تاثیر بارمعلق بر ضریب اصطکاک جریان بر اساس داده‌های بررسی شده پیشنهاد گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental study of suspended load effect on flow friction factor on rigid and smooth beds

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amirzadeh Ghasemi
  • Saleh Koochakzadeh 1
  • Mohammad hossien omid 2
چکیده [English]

The effect of suspended load on friction coefficient has been studied widely by different researchers, yet vast disagreement exists among them which call for further studies in this area. In this study, the effect of suspended load on flow friction coefficient on smooth and rigid beds was experimentally studied. The experimental setup that was used for this study, consists of a 0.2m wide, 20.4m long and 0.3m deep flume, a water reservation tank and sediment mixture tank. A special sediment sampler has been developed for this study and the discharge was measured by using an orifice that was previously calibrated. The compiled data of this study indicated no impact to decrease friction coefficient. Also it is shown that the variation of the friction coefficient depends on particle Reynolds number. The obtained results was compared with that of other researchers results and which revealed that Parker-Coleman's relationship could be considered as the most appropriate one for determining the effect of suspended load on flow friction coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • experimental study
  • flow friction coefficient
  • rigid bed
  • smooth bed
  • suspended load
 
 

Arora, A.K., K.G. Ranga Raju and R.J. Garde. 1986. Resistance to flow and velocity distribution in rigid boundary channels carrying sediment-laden flows. J. Water Resour. Res. 22(6): 943-951.

Cellino, M. and W.H. Graf. 1999. Sediment-laden flow in open-channels under noncapacity and capacity conditions. J. hydr. Eng., 125(5): 455-462.

Coleman, N.L. 1981. Velocity profiles with suspended sediment. J. hydr. Res., 19(3): 211-229.

Coleman, N.L. 1986. effect of suspended sediment on the open-channel velocity distribution. J. hydr. Eng., 22(10): 1377-1384.

Itaκura, T. and T. Kishi. 1980. Open channel flow with suspended sediments. J. hydr. Eng., 106(HY8): 1325-1343.

 

Kereselidze, N.B. and V.I. Kutavaia. 1995. Experimental research on kinematics of flows with high suspended solid consentration. J. hydr. Res., 33(1): 65-75

Khullar, N.K., U.C. Kothyart and K.G. Ranga Raju. 2007. effect of wash load on flow resistance. J. hydr. Res. 45(4): 497-504.

George, W.K. 1990. Lectures in Turbulence for the 21st Century. Professor of Turbulence, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden.

Liu, Q.Q. and V.P. Singh. 2004. Fluid-solid interaction in particle-laden flows. J. of Engineering Mechanics, 130(12): 1476-1485.

Lyn, D.A. 1991. Resistance in flat-bed sediment–laden flow J.hydr.Eng., 117(1): 94-114.

Mei, R., R.J. Adrian. and T.J. Hanratty. 1991. Particle dispersion in isotropic turbulence under Stokes drag and Basset force with gravitational. J. Fluid Mech., vol. 225: 481-495.

Nomicos, G.N. 1956. Effects of sediment load on the velocity field and friction factor of turbulent flow in an open channel. California institute of technology. California. PHD Thesis.

Muste, M. and V.C. Patel. 1997. Velocity profiles for particles and liquid in open-channel flow with suspended sediment. J. hydr. Eng., 123(9): 742-751.

Parκer, G. and N.L. coleman. 1984. Simple model of sediment-laden flows. J. hydr. Eng. , 112(5): 356-375.

Peng, L., C. Li and H. JiZhong. 2001. study the structure of flow in open-channel with suspended sediment. Proceeding of the XXIX Congress of IAHR, Beijing.

Rashidi, M., G. Hetsroni and S. Banerjee. 1990. Particle-turbulence interaction in a boundary layer. Int. J. Multiphase Flow, 16(6):935-949.

Simonz, d. and F. Senturk. 1990. Sediment transport technology water and sediment dynamics. Water Resources publication. Colorado.

Tennekes, H and J.L. Lumley. 1970. A first course in turbulence. MIT press, Cambridge.

Vanoni, V.A. and G.N. Nomicos. 1959. Resistance properties of sediment-laden streams. J. hydr. Division., 85(HY5): 77-107.

Vanoni, V.A. and N.H. Brooks. 1957. Laboratory study of the roughness and suspended load of  alluvial streams. Sedimentation laboratory California - report No. E-68.

Wang, Z.Y., P. Larsen, F. Nestmann and A. Dittrich. 1998. Resistance and drag reduction of flows of clay suspensions. J. hydr. Eng., 124(1): 41-49  

Woo, H. and P.Y. Julien. 1990. Turbulent shear stress in heterogeneous sediment-laden flow. J. hydr. Eng., 116(11): 1416-1421.

Yang, CH.T. 1996. Sediment Transport Theory and Practice. McGraw-Hill, New York.