فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال پنجم شماره 1 (بهار و تابستان 1389)

  • تاریخ انتشار: 1389/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهرنوش ماهرانی، عبدالرضا کبیری سامانی*، حسین افضلی مهر صفحه 1

    در این تحقیق اثر لایه سپری بر آب شستگی موضعی اطراف تکیه گاه های نیم دایره و نیم بیضی مطالعه شده است. اهداف این تحقیق عبارت است از: مطالعه و شناخت توسعه آب شستگی آب زلال در لایه سپری در اطراف تکیه گاه پل ها، مطالعه و شناخت تاثیر شکل تکیه گاه ها بر آب شستگی واقع در لایه سپری و بررسی تاثیر پارامترهای فیزیکی مانند قطر ذرات سپر، قطر ذرات بستر و ضخامت لایه سپری بر روند و میزان آب شستگی در اطراف تکیه گاه در حضور لایه سپری با استفاده از مدل آزمایشگاهی. آزمایش ها در کانالی به طول 6/5 متر و عرض 30 سانتی متر و ارتفاع 40 سانتی متر انجام شده است. آزمایش ها برای دو نوع تکیه گاه به شکل نیم بیضی و نیم دایره به ابعاد3b/l= برای نیم بیضی (b عرض تکیه گاه و l پیش آمد گی تکیه گاه) و2b/l= برای نیم دایره انجام شده است. تکیه گاه ها در مقطعی از کانال به طول 1 متر که کف آن با دو لایه از رسوبهای یکنواخت (بستر و سپر) پوشانده شده، قرار گرفته و قطرهای مختلف ذرات رسوب بستر و لایه سپری مورد آزمایش قرار گرفته است. بررسی ها نشان داد که با افزایش قطر ذرات بستر در حضور لایه سپری ثابت، عمق آب شستگی افزایش یافته و با افزایش قطر ذرات لایه سپری در حضور بستر ثابت، عمق آب شستگی کاهش می یابد. در ضخامت ثابت لایه سپری، با افزایش قطر ذرات بستر، عمق آب شستگی افزایش می یابد. در قطرهای کوچک بستر -که بیشتر تحت اثر حفاظتی لایه سپری قرار دارند- افزایش سرعت -تا زمانی که لایه سپر را تحت تاثیر قرار ندهد- سبب افزایش عمق لایه سپری ثانویه می شود. همچنین عمق آب شستگی در تکیه گاه نیم بیضی کمتر از تکیه گاه نیم دایره است

    کلیدواژگان: آب شستگی موضعی، تکیه گاه، لایه سپری، هیدرولیک جریان
  • سمیرا رضاپوریان قهفرخی*، بهزاد قربانی صفحه 21

    آب شستگی یکی از عوامل تخریب سازه های هیدرولیکی مانند پایه پلها در هنگام وقوع سیلاب به شمار می رود. برای دستیابی به موثرترین روش حفاظت از سازه های آبی در برابر آب شستگی، تحقیقات گسترده ای انجام شده است. یکی از روش ها استفاده از تعدادی پره های مستغرق است که البته تحقیق در این زمینه کامل انجام نشده است. دراین پژوهش کاربرد گروه پره های مستغرق در بالادست پایه و به صورت متقارن نسبت به خط جریان در موقعیت های مختلف و زوایای متفاوت برخورد، برای کنترل آب شستگی موضعی پایه استوانه ای در شرایط آب زلال مطالعه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که قرارگیری پره ها در بالادست پایه و در نزدیک ترین موقعیت نسبت به پایه، بیشترین کاهش عمق آب شستگی را در پی داشته و در بهترین موقعیت، 9/80 درصد کاهش در آب شستگی را سبب می شود.

    کلیدواژگان: آب شستگی، پایه استوانه ای، گروه پره های مستغرق، زاویه برخورد
  • علی مهبودی*، جلال عطاری، مجتبی صانعی، محمدرضا مجدزاده طباطبایی صفحه 37

    آب شستگی موضعی، ناشی از اندرکنش جریان آب، بستر فرسایش پذیر و سازه های هیدرولیکی بوده که ممکن است کارایی و پایداری این سازه ها را تهدید کند. برای کنترل این پدیده در بستر فرسایش پذیر پایین دست سازه هایی مانند دریچه های کنترل، تا کنون از راهکارهای مختلف حفاظتی مانند اجرای کف بند های بتنی و سنگچین ها استفاده شده است. اما مطالعه طول موثر برای این راهکارها کمتر انجام شده و در این پژوهش آزمایشگاهی به آن پرداخته شده است. در این راستا، ابتدا پروفیل طولی آب شستگی ناشی از جت افقی مستغرق خروجی از زیر مدل دریچه کشویی در فلوم)با بستر حفاظت نشده(در شرایط مختلف هیدرولیکی اندازه گیری شد. سپس همین آزمایش ها به صورت مجزا در دو حالت وجود کف بند و سنگچین با طول های مختلف تکرار شد تا تاثیر طول آنها بر حداکثر عمق آب شستگی مشخص شود. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش طول نسبی کف بندL̃a ≥ 1) و سنگچین(L̃R ≥ 2)، حداکثر عمق آب شستگی به مقدار قابل ملاحظه ای کم می شود، بطوریکه اگرL̃a ≥ 27 و L̃R ≥ 7 باشد، آب شستگی تا 100 درصد کاهش می یابد. بنابراین می توان گفت که پوشش سنگچینی که به درستی طراحی (L̃R ≥ 2) و اجرا شده باشد، بیشتر از راهکار کف بند، آب شستگی موضعی را کاهش می دهد. در این مقاله، همچنین روابط تجربی بی بعد مناسبی برای برآورد حداکثر عمق آب شستگی (با در نظر گرفتن طول کف بند و یا سنگچین) پیشنهاد شد. مقایسه نتایج به دست آمده از روابط پیشنهادی با روابط سایر محققان نشان می دهد که بیشتر داده ها در محدوده قابل قبول (20% خطا) قرار دارند.

    کلیدواژگان: سازه های هیدرولیکی، جت افقی، آب شستگی موضعی، کف بند، سنگچین
  • اکبر صفرزاده گندشمین، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری*، امیر رضا زراتی، مسعود قدسیان صفحه 51

    - در این تحقیق، ابتدا برای بررسی نحوه توزیع عرضی تنش برشی بستر در یک کانال باز با مقطع مستطیلی برای جریان یکنواخت در حالت بستر صلب، نوعی حسگر سوزنی با دقت بسیار بالا ساخته شده و پس از واسنجی، از این ابزار برای اندازه گیری تنش برشی کف به ازای شرایط مختلف جریان استفاده شده است. در این ابزار برای ثبت دقیق نوسانات فشار از مبدلهای فشار خازنی با دقت اندازه گیری 1/0 پاسکال و فرکانس نمونه برداری100 هرتز استفاده شده و صحت سنجی نتایج از طریق مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیری آزمایشگاهی با نتایج حاصل از روابط تحلیلی موجود و نیز نتایج شبیه سازی عددی با نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت انجام شده است. نتایج حاصله نشان از دقت بسیار بالای ابزار ساخته شده برای اندازه گیری تنش برشی بستر در حالت جریان یکنواخت دارد. بر اساس نتایج حاصل از اندازه گیری و شبیه سازی عددی در تحقیق حاضر، مشخص شد که تاثیر جریان ثانویه بر نحوه توزیع تنش برشی دیوارهای جانبی بسیار بیشتر از تنش کف کانال می باشد. همچنین مشخص شد تنش بستر در نواحی میانی کانال بواسطه وجود نواحی متناوب کم سرعت-پرسرعت دارای توزیع نوسانی می باشد.

    کلیدواژگان: تنش برشی جداره، حسگر سوزنی، آشفتگی، سنسور فشار، شبیه سازی عددی، مدل فلوئنت
  • علی حقیقی صفحه 71

    دو معادله دیفرانسیل مشتقات جزئی بقای جرم و بقای مومنتم برای توصیف رفتار جریان گذرا در لوله ها به کار می رود و برای تحلیل آنها از روش خطوط مشخصه استفاده می شود. این نوع مدل سازی چند پارامتر غیرقطعی دارد که باید به طور دقیق تعیین شوند؛ مانند زبری جدار لوله، اثر نوسانی ضریب افت گذرا و سرعت انتشار موج. در این تحقیق به معرفی روشی برای واسنجی پارامترهای بالا پرداخته می شود. با بستن شیر انتهایی در خط لوله، جریان گذرا تولید شده و سپس نوسانهای فشار فقط در محل شیر اندازه گیری می شود. همچنین نوعی مدل عددی تحلیل جریان غیرماندگار در خط لوله توسعه داده می شود که در آن ضرایب تعدیلی برای اصلاح زبری لوله، عبارت های شتاب محلی و جابه جایی در مدل افت گذرا و سرعت موج تعریف شده است. این ضرایب در واقع متغیرهای تصمیم گیری نوعی مساله برنامه ریزی غیرخطی برای هیدرولیک جریان هستند. تابع هدف عبارت است از مجموع مربعهای اختلاف بین مقادیر اندازه گیری و محاسبه شده فشار در محل شیر انتهایی. با به کارگیری الگوریتم ژنتیک ساده، تابع هدف را کمینه سازی کرده و ضرایب تعدیل بهینه به دست آمده اند. قابلیت روش پیشنهادی با تحلیل یک مدل آزمایشگاهی مرجع، صحت سنجی و ارزیابی شده است. نتایج رضایت بخش بوده و نشان دهنده توانمندی و سهولت به کارگیری این روش است.

    کلیدواژگان: واسنجی، خطوط لوله، جریان گذرا، خطوط مشخصه
  • سید وحید نبوی*، محمد کریم بیرامی صفحه 81

    از عمق آب در لبه آبشار می توان برای اندازه گیری دبی جریان و بررسی فرسایش استفاده کرد. در این مقاله، بر اساس معادله انرژی، روشی ارائه شده است که با استفاده از آن، عمق جریان را در لبه آبشار و دبی جریان را برای کانال های منشوری با مقاطع مختلف و با جریان زیر بحرانی در بالادست می توان برآورد کرد. از داده های آزمایشگاهی و نتایج نظری دیگران برای مقایسه با نتایج روش پیشنهادی استفاده شده است. نتایج این مقایسه برای کانال های مستطیلی، مثلثی، سهمی، نیم دایره ای معکوس و مثلثی معکوس مناسب بوده و برای کانال های ذوزنقه ای و دایره ای در حد رضایت بخش است.

    کلیدواژگان: کانال روباز، اندازه گیری دبی جریان، سقوط آزاد، عمق در لبه آبشار
  • محمد واقفی، مسعود قدسیان * صفحه 91

    الگوی جریان در کانال های قوسی، با الگوی جریان در کانال های مستقیم متفاوت است. در قوس رودخانه، جریان تحت تاثیر دو نیروی گرادیان فشار و گریز از مرکز قرار دارد و اندرکنش آنها جریان ثانویه را به وجود می آورد. در کانال های قوسی، تغییر شعاع انحنای قوس باعث ایجاد تغییر قابل توجهی در شکل جریان ثانویه و در نتیجه الگوی جریان در قوس می شود. در این مقاله با اندازه گیری سه بعدی جریان در لایه ها و مقاطع مختلف کانالی با قوس 90 درجه و در شرایط بستر تعادل یافته، به محاسبه کمی تغییرات جریان ثانویه پرداخته شده است. به منظور تعیین تاثیر شعاع انحنای قوس بر جریان ثانویه، آزمایشها در کانالی آزمایشگاهی با سه شعاع انحنای ملایم، متوسط و تند انجام شده است. در اندازه گیری سه بعدی سرعت جریان از نوعی دستگاه سرعت سنج سه بعدی استفاده شده است. نحوه شکل گیری و تغییر الگوی جریان ثانویه در طول سه قوس با مقادیر متفاوت شعاع انحنا مطالعه شده است. نتایج بیانگر آن است که با کاهش شعاع انحنای قوس، قدرت جریان ثانویه و میزان چرخش سلول ها در نیمه دوم قوس افزایش می یابد. همچنین جریانی در خلاف جهت جریان ثانویه اصلی، به نام جریان ثانویه دوم در نزدیکی ساحل خارجی شکل می گیرد که از مقاطع میانی نیمه اول قوس تا انتهای قوس دیده می شود.

    کلیدواژگان: الگوی جریان، قوس 90 درجه، قدرت جریان ثانویه، شعاع انحنای قوس
|
  • M. Maherani, A.R. Kabiri-Samani, H. Afzalimehr Page 1

    In this study the effects of armored-bed layer on local scouring around semi-circular and semi-elliptical abutments have been studied based on model experimentation. The main objective of this research includes the effect of armor layer on mechanism of clear-water scouring around bridge abutments. Experiments were performed under different conditions such as bed shear velocities, flow depths, dimension and shape of abutments, as well as grain size of the bed and armor layer materials in a glass-wall channel of 6.5 m length, 0.3 m width and 0.3 m height. Two types of abutments, semi-circular and semi-elliptical with b/l=3 and 2 respectively were used. Results show that by increasing the bed material diameter for a constant armor layer, maximum scouring depth (dsa) increases and by increasing the grain size of the armor layer for a constant bed layer, dsa decreases. For a given armor layer thickness, by increasing the grain size of the bed layer, dsa increases. While small bed particles are under the protective effect of armor layer, increasing the water velocity increases the secondary armor layer depth provided that the armor layer itself is not influenced by the flow. The maximum scour depth for semi-elliptical abutment is less than that of semi-circular abutment.

  • S. Rezpourian Ghahfarrokhi, Behzad Ghorbani Page 21

    Scouring is one of the destructive factors in the hydraulic structures such as bridges. It occurs mainly during flood events. To find the most effective countermeasure to protect water structures against scouring phenomena, extensive investigations have been performed. One of such methods is to use submerged series of vanes which is not fully investigated yet. In this study, two series of submerged vanes were used either separately or attached to the upstream face of bridge pier and arranged symmetrically on different positions and angles of attack to control scour at cylindrical pier under clear water condition. The results showed that the highest reduction in scour depth occurs as the vanes series stands closer to the pier. Under the best condition, scour depth was reduced by 80.9 percent.

  • A. Mehboudi, J. Attari, M. Saneie, M. R. M. Tabatabai Page 37

    Local scour occurs due to interactions between water current, erodible bed and hydraulic structures which can endanger performance and stability of these structures. To control this phenomenon downstream of structures such as control gates, various engineering measures such as aprons and rip-rap protections have been applied so far. However, investigation on the effect of lengths of these measures requires further studies which are dealt with in the current experimental research. For this purpose, scour profile due to a horizontal jet issued from a sluice gate was initially measured the (without protection) under different hydraulic conditions. The same tests were then repeated separately for the cases of application of aprons and rip-rap protections to achieve an insight about their effects on the maximum scour depth. Results showed that increasing relative length of aprons (L̃a ≥ 1) and rip-rap protections (L̃R ≥ 2), decreased the maximum scour depth considerably so that for L̃a ≥ 27 and L̃R ≥ 7, it decreases up to 100 percent. On this basis, a properly designed and constructed rip-rap protection (L̃R ≥ 2), is more effective on decreasing maximum local scour depth than the apron measure. In this paper, suitable empirical relationships (in non-dimensional form) for estimation of maximum scour depths (considering lengths of the apron and rip-rap protections) are proposed. A comparison of the results of the proposed relationships with those of the previous researches shows that most of the data are within acceptable (±20%) error interval.

  • A. Safarzadeh Gendeshmin, S.A.A. Salehi Neyshabouri, A.R. Zarrati, M. Ghodsian Page 51

    With the aim of investigating the distribution of wall shear stress in an open channel with a rectangular cross section and a smooth bed, an accurate needle type probe has been developed and after verification, it has been used for shear stress measurement in various cases of open channel uniform flows. In this instrument, capacitive type pressure transducers with 0.1 Pascal accuracy and 100Hz sampling rate were used to measure pressure fluctuations. Measured bed shear stresses are compared with the result of available analytical models and CFD simulations using FLUENT code for instrument verification. Variations of the measured local bed shear stresses at channel centerline with respect to channel aspect ratios, mean bed shear stresses and the lateral distribution of local bed shear stresses compare favorably with the previous experimental and analytical results and with the results of the present numerical simulations. Experimental measurements and numerical simulations show that the secondary currents affect the distribution of side wall shear stress more than the bed shear stress. Because of the presence of the alternate low-high velocity zones at the near bed region, the lateral distribution of the bed shear stress exhibits an oscillatory pattern.

  • A. Haghighi Page 71

    Partial differential equations of continuity and momentum govern the transient flows in pressurized pipes. These equations are numerically analyzed using the method of characteristics that consists of some important uncertainties such as friction loss modeling and wave speed. This work introduces a calibration methodology to estimate precisely the uncertain parameters and, consequently, the numerical modeling results. For this purpose, a transient state is generated by closing the downstream end valve. A numerical model for transient analysis in the pipe is also developed. In that model, four correction coefficients are considered to be calibrated including; pipe roughness, local and convective accelerations in the unsteady friction loss model and wave speed. Afterward, a non linear programming is developed in which the correction coefficients are decision variables. The objective function is defined as the summation of squares of differences of the observed and calculated pressures at the valve location. The problem is then solved using a simple genetic algorithm, and the uncertainties are finally calibrated to the best conditions. The capability of the method is investigated by solving a well-known experimental pipeline. The approach is found easy to use and results are satisfactory.

  • S. V. Nabavi, M. K. Beirami Page 81

    To measure flow discharge and study erosion at the brink of free overfalls, computation of End Depth Relationship (EDR) is required in civil engineering practice. Based on the energy equation, a method is presented to estimate EDR in channels for different cross sections. Using available experimental and theoretical results of other studies, the proposed relationships were examined. This method yields good results for rectangular, triangular, parabolic, inverted semicircular and inverted triangular channels but fairly agrees with the experimental results in the case of trapezoidal and circular cross sections.

  • M. Vaghefi, M. Ghodsian Page 91

    Flow pattern in the bend channels is different from that in the straight channels. Flow is affected by both pressure gradient and centrifugal forces in the bend of rivers and their interaction leads to form secondary flow. In the channel bend, radius of curvatures of the bend cause changes in the formation of secondary flow and consequently the flow pattern in the bend. This paper presents variation of flow through measurement of three dimensional velocities of the flow in the layers and different sections of a 90 degree bend under equilibrium bed condition. Experiments were conducted in an experimental channel with three different radius of curvature, i.e. mild, moderate and sharp. Vecterino, a three-dimensional velocity meter, is used to measure the three dimensional velocity of the flow. Formation and changes of secondary flow pattern in the three bends with different radius of curvature is discussed. The results indicate that power of secondary flow and vorticity in the second half of the bend increase with decrease in the radius of curvature of the bend. Also, a flow called second secondary flow forms near the outer bank and in the opposite direction of the main secondary flow. This flow is evident in the middle sections of first half of bend up to the end of the bend.