مطالعه آزمایشگاهی اثر موانع بر حرکت جریان غلیظ رسوبی
چکیده
جریان های گل آلود عامل اصلی انتقال رسوب در مخازن سدها هستند. اگر پیشروی جریان های گل آلود به سمت بدنه سد و سازه های حساس مانند آبگیرها و تخلیه کننده های تحتانی محدود شود، میزان کارایی و عمر مفید سد به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. در تحقیق حاضر با احداث موانع در کانال، پیشروی جریان گل آلود در طول کانال بررسی و میزان تغییرات رسوبگذاری به دلیل حضور مانع/موانع محاسبه شده است. آزمایش ها در سه دسته کلی بدون مانع، یک مانع و دو مانع انجام شده اند. نتایج بدست آمده در حالت بدون مانع نشان می دهد که تغییرات عدد رینولدز ورودی بر سرعت بی بعد پیشانی جریان گل آلود موثرتر از تغییرات عدد فرود چگالی ورودی است. مقادیر سرعت و غلظت بی بعد در بدنه جریان با کاهش عدد فرود چگالی ورودی افزایش می یابد. در آزمایش ها با حضور یک مانع، تاثیر تغییرات عدد فرود چگالی ورودی، ارتفاع مانع و هندسه مانع بر ساختار حرکت جریان گل آلود مطالعه شده اند. نتایج بدست آمده در حالت یک مانع نشان می دهد که سرعت بی بعد جریان گل آلود پس از برخورد به مانع در مقایسه با حالت بدون مانع بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که این امر می تواند ناشی از رسوبگذاری و یا بدام افتادن ذرات در حوضچه تشکیل شده قبل از مانع باشد. تغییرات عدد فرود چگالی محلی نشان می دهد که رژیم جریان ضمن عبور از روی مانع از زیربحرانی به فوق بحرانی تغییر حالت داده و در پایین دست مانع پرش هیدرولیکی رخ می دهد. نرخ انتقال بار معلق بطور میانگین در پایین دست مانع نسبت به حالت بدون مانع 90 درصد کاهش یافته است. تاثیر ارتفاع مانع بر ساختار حرکت جریان گل آلود بسیار موثرتر از شکل هندسی مانع است. در آزمایش های با حضور دو مانع، تاثیر تغییرات عدد فرود چگالی ورودی، و وجود مانع دوم بر ساختار حرکت جریان گل آلود مطالعه شده اند. مقایسه پروفیل های سرعت بی بعد در حالت دو مانع و یک مانع نشان می دهد احداث مانع دوم سبب شده مقادیر سرعت در فضای بین دو مانع و پایین دست مانع دوم نسبت به حالت یک مانع کاهش یابد. کاهش مقادیر غلظت بی بعد در طول کانال در حالت دو مانع به مقدار قابل ملاحظه ای بیشتر از کاهش مقادیر غلظت بی بعد در حالت بدون مانع است. در این حالت پیشروی جریان گل آلود در طول کانال نیز در مقایسه با حالت بدون مانع به مقدار قابل ملاحظه ای محدود شده و راندمان تله اندازی رسوبات افزایش یافته است. مقایسه تاثیرات یک مانع بلند و دو مانع کوتاه نشان می دهد که در حالت یک مانع با ارتفاع بلند اگر جریان توسط مانع بلوکه شده و احتمال ناپدید شدن جریان افزایش یابد احداث یک مانع بلند در کنترل پیشروی جریان گل آلود موثرتر از احداث دو مانع کوتاه است. اما اگر جریان در پایین دست مانع ناپدید نشود اختلاف سرعت در پایین دست مانع دوم در حالت یک مانع بلند و دو مانع کوتاه ناچیز است و می توان بر اساس هزینه های مربوط به ساخت موانع، لایروبی و توپوگرافی مخزن سد گزینه مورد نظر را جهت افزایش عمر سد انتخاب کرد.