بررسی آزمایشگاهی اثر زبری بستر بر الگوی جریان و تنش برشی در کانال مستقیم روباز
چکیده
در شرایط جریان با جداره زبر مقایس های طولی حاکم بر دینامیک جریان در ناحیه داخلی لایه مرزی علاوه بر خصویات جریان (مانند لزجت سیال) از ابعاد عناصر زبر نیز تاثیر می پذیرد. حضور اجزای زبر در بستر کانال موجب ابهام در موقعیت سطح مبنای کانال می شود. علاوه بر آن یافتن کمیتی مناسب به منظور اعمال اثر زبری در معادلات حاکم از دیگر مشکلات موجود در شرایط بستر زبر می باشد. و لذا تعیین ویژگی های جریان، مانند تنش برشی، سرعت موضعی، تنش های رینولدز و مواردی از این دست در این شرایط با عدم قطعیت فراوانی همراه خواهد بود. در رساله حاضر به بررسی اثر زبری روی الگوی جریان و تنش برشی بستر پرداخته شده است. بدین منظور براساس روشی مشهور در حیطه مهندسی هوافضا جهت اندازه گیری تنش برشی، به اندازه گیری تنش برشی پرداخته شده است. به جهت این اندازه گیری دستگاهی تحت عنوان «دستگاه سه لوله ای اندازه گیری تنش برشی» به همراه سیستم پشتیبانی و مانیتورینگ آن ساخته شد. دقت این دستگاه در تونل باد و کانال روباز آب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می-دهد که دستگاه فوق الذکر قادر است با دقت مقبولی تنش برشی را چه در بسترهای زبر و چه در بسترهای صاف برآورد نماید. دیگر دستاورد این رساله، بررسی توزیع تنش برشی در عرض کانال بود. بررسی ها نشان داد که حداکثر تنش برشی در نقطه ای در نزدیکی مرکز کانال و نه در مرکز کانال روی خواهد داد. توزیع تنش برشی در عرض به شدت تحت تاثیر حضور سلول های جریان ثانویه بوده و نوسان آن در تطابق با موقعیت این سلول ها قرار دارد. همچنین جهت بررسی الگوی جریان در دورن کانال آب دستگاه سرعت سنج صوتی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده با سرعت سنج صوتی نشان داد که رابطه لگاریتمی در بستر زبر با ضریب ثابت 5/8 قادر به تعیین سرعت با دقت معقولی می باشد. همچنین تغییرات خصوصیات جریان در عرض کانال کاملاً تحت تاثیر حضور سلول-های جریان ثانویه می باشد. علاوه بر آن برخی از پارامترهای آشفتگی جریان مانند تنش های رینولدز، شدت آشفتگی و تغییرات آنها گزارش گردیدند.