خصوصیات جریان در سرریزهای جانبی و نرمال لبه تیز مستطیلی
چکیده
سرریزها ساده ترین، ارزانترین و احتمالاً متداولترین سازه های هیدرولیکی هستند که به منظور کنترل و اندازه گیری شدت جریان در کانال های باز مورد استفاده قرار می گیرند و در این میان سرریزهای لبه تیز مستطیلی به علت برخورداری از ساختاری ساده و نیز دقت بالا در تعیین میزان دبی عبوری، توجه بسیاری را به خود معطوف داشته اند. این نوع از سرریزها خود در دو دسته جانبی و عمود بر جهت جریان یا نرمال قابل بررسی می باشند. در این تحقیق خصوصیات هیدرولیکی ?? مدل آزمایشگاهی سرریز جانبی لبه تیز مستطیلی در شرایط جریان زیربحرانی مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور ضرایب دبی، نیم رخ های سطح آب، تغییرات انرژی مخصوص در امتداد سرریز، توزیع نیم رخ های سرعت سه بعدی واقع بر تاج سرریز، تغییرات ضخامت لایه مرزی، تغییرات دبی و زاویه جت خروجی در طول تاج سرریز مورد بررسی واقع شد. جزئیات نیم رخ های سرعت در هر سه راستای x ، y و z مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تحلیل نیم رخ های سرعت مشخص نمود که با نزدیک شدن به انتهای سرریز میزان دبی عبوری از هر المان سرریز افزایش می یابد و هرچه عرض سرریز جانبی کمتر باشد میزان دبی عبوری از هر المان سرریز بیشتر می گردد ولی عدد فرود تأثیر معناداری در تغییرات این پارامتر ندارد. برخلاف دبی عبوری از هر المان سرریز، اختلاف عمق جریان در بالادست و پایین دست سرریز و زاویه جت خروجی با خط عمود بر صفحه سرریز با عدد فرود بالادست رابطه مستقیم دارند به گونه ای که با افزایش عدد فرود این دو پارامتر نیز افزایش می یابند. بررسی تغییرات ضخامت لایه مرزی (?) در طول تاج سرریز مشخص نمود که به علت وجود مقاومت دیواره های سرریز، مقادیر ضخامت لایه مرزی در نزدیکی گوشه های سرریز کاهش یافته و بیشترین مقدار ? در اواسط سازه رخ می دهد. همچنین به منظور مقایسه رفتار سرریزهای جانبی با سرریزهای نرمال که عمود بر جهت جریان در کانال نصب می شوند، نیم رخ های سطح آب و ضرایب شدت جریان در ?? مدل آزمایشگاهی سرریز لبه تیز مستطیلی نرمال برداشت شد. نتایج نشان داد که نیم رخ تیغه پایینی جریان در سرریزهای لبه تیز مستطیلی نرمال از معادله چند جمله ای درجه سوم و نیم رخ تیغه بالایی جریان از معادله چند جمله ای درجه دوم تبعیت می کند و تغییرات ضریب دبی در سرریزهای نرمال با عدد فرود معنی دار نیست اما این ضریب به شدت تحت تأثیر نسبت بار آبی بی بعد شده با ارتفاع سرریز (h/p) می باشد و با افزایش این نسبت تا حد ?0 = h/p، میزان ضریب دبی (cd) افزایش می یابد. بالعکس، ضرایب دبی در سرریزهای جانبی با افزایش عدد فرود بالادست کاهش یافته اما با نسبت h/p رابطه مشخصی ندارند و در شرایط مشابه ضریب دبی سرریزهای نرمال بیشتر از ضریب دبی سرریزهای جانبی می باشد. در نهایت دو روش نیمه تئوری برای تعیین ضریب دبی در سرریزهای لبه تیز مستطیلی نرمال و سه روش تجربی به منظور برآورد دبی عبوری از سرریزهای جانبی لبه تیز مستطیلی ارائه شد.