استخراج روابط ضریب دبی سرریز لولایی با فشردگی های جانبی مختلف
چکیده
سرریزهای لولایی، سرریزهای لبه تیز متحرکی هستند که می توان زاویه آنها با کف را تغییر داده و همزمان دبی عبوری از سرریز و تراز سطح آب در بالادست سرریز را تنظیم نمود. با توجه به مزایای این سرریزها، ازجمله عملیات اجرایی و اتوماسیون آسان، کاربردشان رو به افزایش بوده و از این رو ویژگیهای هندسی و هیدرولیکی این نوع از سرریزها تحت مطالعه و بررسی است. تاکنون مطالعات اندکی بر روی سرریزهای لولایی هم عرض کانال صورت گرفته اما روابط دقیقی برای محاسبه دبی جریان عبوری از این سرریزها ارائه نشده است. همچنین اطلاعات موجود پیرامون روابط دبی-اشل سرریزهای لولایی با فشردگی جانبی بسیار اندک است. در این پژوهش، با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی، آزمایش هایی بر روی چهار سرریز لولایی با فشردگی های جانبی مختلف برای شرایط جریان آزاد و مستغرق انجام گرفت و در هر آزمایش ضمن تغییر زوایای سرریز، دبی جریان و تراز سطح آب در بالادست اندازه گیری شد. با استفاده از نتایج بدست آمده ابتدا تغییرات ضریب سرعت، ضریب تصحیح زاویه و ضریب دبی سرریز لولایی از رابطه کیندسواتر-کارتر نسبت به پارامترهایی بی بعدی چون بار آبی به ارتفاع سرریز، زاویه سرریز و نسبت فشردگی سرریز، مورد ارزیابی قرار گرفت. مشخص شد که مقادیر ضریب دبی برای آزمایش های انجام شده در محدوده 6/0 تا 8/0 بوده و روند تغییرات از صفر تا 40 درجه، افزایشی و سپس تا 90 درجه کاهشی می باشد. با استفاده از داده های اندازه گیری شده و آنالیز ابعادی یک رابطه رگرسیونی برای ضریب دبی سرریزهای لولایی با فشردگی جانبی ارائه شد. ملاحظه گردید خطای نسبی معادله دبی از رابطه کیندسواتر-کارتر با ضریب دبی از رابطه رگرسیونی در حدود %15± می باشد. بر پایه نتایج مدل آزمایشگاهی کنونی برای سرریزهای لولایی با فشردگی جانبی و نتایج اندازه گیری های انجام شده توسط usbr بر روی سرریزهای لولایی هم عرض کانال و استفاده از معادلات انرژی و عمق بحرانی، رابطه ای برای محاسبه دبی جریان عبوری از سرریزهای لولایی استخراج شد. مشخص شد ضریب دبی سرریزهای لولایی هم عرض کانال بیش از سرریزهای با فشردگی جانبی بوده و با افزایش فشردگی جانبی سرریز، سرریز دبی کاهش می یابد. گراف هایی ارائه شده که میزان کاهش ضریب دبی به ازای فشردگی های مختلف سرریز را نشان می دهد. خطای نسبی معادله دبی با رابطه رگرسیونی ضریب دبی در حالت جریان آزاد برای سرریز لولایی هم عرض کانال در حدود %5± و برای سرریز لولایی با فشردگی جانبی در حدود %10± می باشد. با مقایسه نتایج این رابطه با رابطه معادله کیندسواتر-کارتر مشخص شد که رابطه ارائه شده بر اساس معادلات انرژی و عمق بحرانی دقت بیشتری در محاسبه دبی دارد. بر طبق قاعده فررو و داده های آزمایشگاهی، معادله دبی-اشل برای سرریزهای لولایی هم عرض کانال و با فشردگی جانبی ارائه گردیده که دارای خطای نسبی هریک به ترتیب %5± و %10± می باشد. با مقایسه ضریب دبی داده های آزمایشگاهی و گراف های هالسینگ برای سرریزهای ثابت مایل، ملاحظه گردید همخوانی مناسبی بین داده های پژوهش کنونی و گراف های هالسینگ وجود دارد. با مقایسه دبی عبوری از سرریز لولایی و سرریز مستطیلی قائم ملاحظه گردید دبی عبوری از سرریزهای مایل در حدود 10 تا 40 درصد بیشتر از سرریزهای قائم می باشد. آزمایش هایی در حالت جریان مستغرق نیز انجام و با استفاده از نتایج بدست آمده، رابطه ای برای تعیین دبی جریان ارائه شد. با مقایسه نتایج این رابطه و رابطه ویلمونته با داده های آزمایشگاهی، ملاحظه گردید خطای نسبی روابط به ترتیب برای سرریز لولایی با فشردگی جانبی %30± و%15: %40- و برای سرریز لولایی هم عرض کانال خطای نسبی به ترتیب %25:%15- و 30% ± می باشد. آزمایش هایی بر روی تاثیر تبدیل های ناگهانی و تدریجی در بالادست سرریز لولایی بر میزان آبگذری صورت گرفته و با نتایج سرریزهای بدون تبدیل مقایسه شد. با توجه به نمودار تغییرات ضریب دبی سرریز در مقابل بارآبی به ارتفاع سرریز ملاحظه گردید ضریب دبی، با وجود تبدیل نسبت به عدم وجود تبدیل، بین 10 تا 15 درصد افزایش می یابد و این افزایش برای تبدیل تدریجی بیش از تبدیل ناگهانی می باشد.