کنترل پرش هیدرولیکی در حوضچه‌های آرامش با دیواره روزنه‌دار

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

حوضچه‌ آرامش از جمله رایج‌ترین سازه هیدرولیکی در استهلاک انرژی در پایین‌دست سرریزها می‌باشد. طراحی صحیح حوضچه آرامش می‌تواند باعث استهلاک 60 تا 70 درصد انرژی در داخل حوضچه شود. هدف از انجام این تحقیق، بررسی عملکرد دیواره روزنه‌دار در پایین‏دست حوضچه‌ آرامش و چگونگی تأثیر آن‌ بر مشخصات پرش هیدرولیکی می‌باشد. به همین منظور دیواره‌هایی با ارتفاع‌ مختلف و در چهار نسبت بازشدگی‌ 12، 25، 50 و 75 درصد در سه عمق پایاب مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که دیواره روزنه دار تأثیر بسزایی در استهلاک انرژی، کاهش طول حوضچه آرامش و همچنین کاهش وابستگی موقعیت پرش به عمق پایاب دارد. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی، در یک عدد فرود ثابت، کاهش عمق پایاب موجب حرکت پنجه پرش به سمت پایین‌دست می‌شود. در این حالت، برای کنترل پرش هیدرولیکی و جلوگیری از جاروب شدن پرش، فاصله قرارگیری دیواره روزنه‌دار از ابتدای پرش کاهش یافته است. همچنین مشاهدات نشان می‌دهد که با افزایش عدد فرود یا کاهش عمق پایاب، ارتفاع دیواره روزنه‌دار افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، هنگامی‌که مقدار عمق نسبی پایاب از 1 به 8/0 کاهش داده می‌شود ارتفاع نسبی دیواره‌های روزنه‌دار، به طور میانگین حدود 30 درصد افزایش می‌یابد. بعلاوه نتایج نشان داد که دیواره‌های با سطح بازشدگی50 درصد نسبت به سایر دیواره‌های روزنه‌دار عملکرد مناسب‌تری از نظر استهلاک انرژی و کاهش طول پرش هیدرولیکی دارد. مقایسه‌ انجام شده بین عملکرد دیواره‌های روزنه‌دار و پرش هیدرولیکی آزاد نشان داد که دیواره روزنه‌دار با سطح بازشدگی 50 درصد، موجب استهلاک 60 تا 90 درصد انرژی در محدوده عدد فرود 5/4-12 می‌شود. همچنین، در عمق پایاب نسبی برابر 1، با افزایش عدد فرود در محدوده مورد نظر، طول حوضچه آرامش در این دیواره حدود 19 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Control of hydraulic jump in the stilling basins with perforated sill

چکیده [English]

Stilling basins are the most common structures for energy dissipation downstream of spillways. A properly designed stilling basin can ensure 60–70% dissipation of energy in the basin. The purpose of this study is to evaluate the performance of perforated end sill and effect of the sill on characteristics of hydraulic jump. The perforated sills with different heights and four ratios of opening 12, 25, 50 and 75% were tested for three tail water depths. Results of experiments confirmed significant effect of the perforated sill on dissipation of energy, reduction of the basin length and reducing dependence of jump location on tail water depth. Based on experimental observation, in a constant Froude number, decreasing of the tail water depth causes the hydraulic jump to move forward toward the end of the basin. In this case, to control the jump and to avoid the hydraulic jump being swept out of the basin, sill distance is decreased. Also, observation showed the sill height needs to be increased as inflow Froude number increases and tail water decreases. In the other words, relative sill height increases up to 30% as tail water depth ratio decreases from 1 to 0.8. Furthermore, the results showed that sills with the 50% opening in comparison with other openings have most effective in energy dissipation and reduction of the hydraulic jump length. The comparison of stilling basin with perforated sill and free jump indicated that the sill with perforation ratio of 50% dissipated 60–90% of water energy in inflow Froude number range of 4.5-12. Moreover, once Froude number increases from 4.5 to 12, stilling basin length increases about 19% for this perforated sill in the tail water depth ratio of 1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sill height
  • Energy dissipation
  • Length of basin
  • Tail water
  • Sill position

ایلاقی، م. 1382. کنترل پرش هیدرولیکی با یک و دو دیواره ممتد در حوضچه آرامش افقی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان.

Alikhani, A., R. Behrouzi-Rad and M. Fathi-Moghadam. 2010. Hydraulic jump in stilling basin with vertical end sill. International Journal of Physical Sciences, 5(1):025-029.

Farhoudi, J. and R. E. Volker. 1995. Drag force acting on baffle blocks in the stilling basin. Iranian Journal of Water Resources Engineering, 3(1):47-67.

Ghordnooshahri, A., M. H. Omid and S. Koochakzadeh. 2012. The effect of broad-crested sill on the hydraulic jump characteristics in diverging stilling basins. Law Research Quarterly (LAW & POLITICS Research Journal) FALL, 3(10):85-79.

Jamali, M. 2013. Non-hydrostatic layered flows over a sill. Journal of Fluid Dynamics Research, 2(2):118-126.

Karki, K. S. 1976. Supercritical flow over sills. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 102(H410).

Narayanan, R. and L. S. Schizas. 1980. Force on sill of forced jump. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 106(HY7).

Ohtsu, I., Y. Yasuda and H. Hashiba. 1990. Drag on vertical sill of forced jump. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 122:465-469.

Ohtsu, I., Y. Yasuda and Y. Yamanaka. 1991. Incipient jump condition for flows over a vertical sill. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 29(1):29-47.

Rajaratnam, N. and K. I. Hurtig. 2000. Screen-type energy dissipation for hydraulic structures. Journal of the Hydraulics Division, 126(4):310-312.

Rand, W. 1965. Flow over a vertical sill in an open channel. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 9:97-122.

Rand, W. 1967. Flow over a dentaited sill in an open channel. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 9:135-153.

Shukry, A. 1957. The efficiency of floor sills under drowned hydraulic jump. Journal of Hydraulic Division, ASCE, 83:1-8.

U.S.B.R. 1987. Design of Small Dams. Third Edition, Government Printing Office. Washington. DC, USA, 860 pages.