فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال نهم شماره 1 (بهار 1393)

  • تاریخ انتشار: 1393/02/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محبوبه جم، اسدالله مردشتی، ناصر طالب بیدختی صفحات 1-10
    مستهلک کردن انرژی جنبشی ایجاد شده در پنجه سرریز، برای جلوگیری از فرسایش بستر رودخانه در پایین دست، بسیار لازم و ضروری است. هدف این پژوهش، ارائه حوضچه زبر شده به وسیله اجزای زبری (بلوک های دندانه دار) با شکل هندسی و آرایش چیدمان جدید و نهایتا بررسی تاثیر پارامتر های مختلف جهش هیدرولیکی در محدوده اعداد فرود 14-11، روی آن است. نتایج آزمایشگاهی کاهش پارامترهای جهش هیدرولیکی را روی حوضچه دندانه دار بلوکی نسبت به بستر صاف نشان دادند، به طوری که طول پرش و عمق ثانویه پرش به ترتیب 60-50 درصد و 12-10 درصد کاهش داشته است. نهایتا در حوضچه دندانه دار بلوکی، با ایجاد پرشی معادل با پرش روی بستر صاف، طول زبری مورد نیاز و طول جهش هیدرولیکی آن با بستر صاف مقایسه شد که به میزان 60-55 درصد در طول حوضچه و 40-35 درصد در طول جهش هیدرولیکی، کاهش مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: پرش هیدرولیکی، دندانه دار بلوکی، حوضچه آرامش، عدد فرود، مدل آزمایشگاهی
  • مینا شهیرنیا، سیدعلی ایوب زاده، جمال محمدولی سامانی صفحات 11-25
    در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی رسوب شویی تحت فشار و اثر تغییرات تراز رسوبات بر راندمان و ابعاد حفره رسوب شویی پرداخته شده است. برای بررسی تاثیر پارامترهای مذکور از یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس استفاده شد. آزمایشات بر روی سه تراز رسوبات، سه ارتفاع آب و سه دبی تخلیه برای هر ارتفاع آب انجام گرفت. با توجه به نتایج مربوط به ابعاد اندازه گیری شده مخروط، بین تراز رسوبات و ابعاد مخروط رسوب شویی ارتباط مستقیمی وجود دارد و انتظار می رود با افزایش تراز رسوبات نرخ گسترش ابعاد مخروط رسوب شویی افزایش یابد. همچنین راندمان رسوب شویی تحت فشار با افزایش تراز رسوبات تجمع یافته در مخزن افزایش می یابد، به طوری که با افزایش تراز رسوبات به میزان میانگین 29 درصد، راندمان به طور میانگین 2 درصد افزایش می یابد. از طرفی مشاهده شد شکل مخروط رسوب شویی در پلان به نیم دایره نزدیک بوده و گسترش عرضی آن درکلیه آزمایش ها از گسترش طولی بیشتر است. در نهایت بر اساس داده های آزمایشگاهی روابط بدون بعدی برای پیش بینی ابعاد حفره رسوب شویی شامل طول، عرض و حجم حفره بدست آمد. این روابط دارای ضریب تبیین بالایی (حداقل 99 درصد) بوده و تخمین خوبی را ارایه می کنند.
    کلیدواژگان: رسوب شویی تحت فشار، تراز رسوبات، مدل فیزیکی، آنالیز ابعادی
  • مجید امینی، علیرضا شکوهی صفحات 27-43
    در مقاله حاضر برای حل معادلات پایه روش هیدرولیکی محیط تر شده به منظور تعیین دبی زیست محیطی، روشی تحلیلی توسعه داده شده است. روش های عددی (روش های نیمه تحلیلی – نیمه ترسیمی) مورد استفاده برای حل توابع غیرخطی و پیچیده روش هیدرولیکی تحت تاثیر عواملی همچون روش حل، بزرگی تغییرات جزئی در نظر گرفته شده برای متغیر مستقل، مشخصات هندسی مقطع مورد استفاده برای استخراج پارامترها و حجم زیاد عملیات تا حصول نتیجه ای دقیق می باشند. عدم تحصیل مستقیم جواب و نیاز به حل معکوس معادله حاصله برای تعیین دبی زیست محیطی را نیز باید بر این مشکلات افزود. روشی که در این مقاله ارائه می شود از ضریب معادله تغییرات دبی - محیط تر شده استفاده کرده و مقدار دبی حداقل را مستقیما به دست می دهد. روش مرسوم استفاده از مقطع معرف و یا متوسط گیری از مقاطع مختلف، که می توانند شبهه عدم صحت نتیجه حاصل از روش هیدرولیکی را برای کل بازه مورد مطالعه بوجود آورد، در روش تحلیلی ارائه شده بکار گرفته نمی شود. مطالعه موردی انجام شده بر روی رودخانه کاظم رود که یک رودخانه دائمی در غرب مازندران است، انطباق کامل روش جدید و راه حل عددی را نشان می دهد. در حالی که روش هیدرولیکی، دبی زیست محیطی را در حد دبی متوسط دراز مدت رودخانه کاظم رود به دست می دهد، روش هیدرولوژیکی مورد استفاده در ایران یعنی روش تنانت (مونتانا) تنها 10 درصد این دبی را به عنوان دبی حداقل معرفی می کند. استفاده از مقادیر به دست آمده از روش هیدرولوژیکی در برنامه ریزی منابع آب این رودخانه تهدیدات زیست محیطی به دنبال خواهد داشت. اگر سهولت استفاده و زمان ناکافی برای مطالعات دلیل استفاده از روش های هیدرولوژیکی نظیر تنانت می باشد، روش پیشنهادی در این مطالعه، با دارابودن مزیت های روش هیدرولوژیکی از دقت بالاتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: دبی زیست محیطی، روش هیدرولیکی، روش تحلیلی، محیط تر شده، روش تنانت
  • یوسف رمضانی، مهدی قمشی صفحات 45-57
    بیشتر تکیه گاه پل ها در دشت سیلابی قرار گرفته اند. یکی از موارد متداول در دشت سیلابی وجود پوشش گیاهی است. هدف این تحقیق بررسی اثر پوشش گیاهی صلب غیر مستغرق روی دشت سیلابی بر میزان تنش برشی بستر پیرامون تکیه گاه پل در مقطع مرکب می باشد. تراکم های مختلف پوشش گیاهی در دشت سیلابی مورد استفاده قرار گرفت. انتخاب تراکم ها به گونه ای بود که در هر گام، تراکم پوشش گیاهی تقریبا دو برابر شود. برای محاسبه تنش برشی بستر، از تنش های رینولدزی، و استفاده شد. سرعت جریان در اعماق مختلف بوسیله سرعت سنج سه بعدی الکترومغناطیس اندازه گیری شد. در این تحقیق با توجه به عمق کم جریان در دشت سیلابی، سرعت سنج الکترومغناطیس توانایی اندازه گیری نوسان های سرعت نزدیک کف کانال را نداشت. بنابراین، تنش رینولدزی در اعماق مختلف محاسبه و برای محاسبه تنش های رینولدزی کف کانال، و از روش برون یابی تنش های رینولدزی به بستر کانال استفاده شد. نتایج نشان می دهد بیشترین میزان تنش برشی در دماغه بالادست تکیه گاه است. همچنین، توسعه تنش برشی تحت یک زاویه مایل حدودا 45 درجه نسبت به دماغه بالادست تکیه گاه مشاهده شد. در حالت هایی که پوشش گیاهی استفاده شد، تنش برشی دماغه تکیه گاه کم شده و تنش برشی در آبراهه اصلی مقطع مرکب افزایش داشته است. همچنین، با افزایش تراکم پوشش گیاهی، تنش برشی دماغه تکیه گاه کاهش می یابد. تنش برشی دماغه تکیه گاه، در حالت بدون پوشش گیاهی معادل 84/3، در حالت 12S= به میزان 41/3، در حالت 16S= برابر 04/3 و در حالت 8S= معادل 6/2 نیوتن بر متر مربع محاسبه شد. S فاصله بین موانع به سانتی متر است.
    کلیدواژگان: تکیه گاه پل، تنش برشی، پوشش گیاهی، سرعت سنج الکترومغناطیس، مقطع مرکب
  • سمیه الیاسی، افشین اقبال زاده*، محمد واقفی، میترا جوان صفحات 59-68
    الگوی جریان در رودخانه ها پس از ورود به قوس به شکل مارپیچی بوده و دارای ماهیت کاملا سه بعدی و توام با آشفتگی زیاد است. با توجه به اهمیت بالای بررسی چنین جریانی، در تحقیق حاضر ابتدا الگوی جریان در یک کانال دارای قوس 90 درجه با بستر صلب که نسبت شعاع به عرض آن برابر 4 است، با استفاده از نرم افزار FLOW-3D شبیه سازی شد. از روش حجم سیال برای شبیه سازی سطح آزاد و از مدل آشفتگی RNG 1 برای بستن معادلات ناویر استوکس استفاده شده است. نتایج بدست آمده تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی نشان دادند. سپس در ادامه، به منظور بررسی نسبت شعاع به عرض بر الگوی جریان، از کانال هایی با نسبت های شعاع به عرض 2، 3، 4 و 5 استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده در خصوص سرعت طولی جریان، در ابتدای قوس بطور کلی برای تمام نسبت های شعاع به عرض، سرعت بیشینه در نزدیکی جداره داخلی رخ می دهد. به سمت انتهای قوس، برای حالت نسبت شعاع به عرض برابر 2 (تندترین قوس)، سرعت بیشینه در مقطع همچنان در نواحی نزدیک جداره داخلی اتفاق افتاده، اما برای سایر نسبت های شعاع به عرض محل وقوع سرعت بیشینه به نواحی نزدیک جداره خارجی منتقل می شود. در خصوص سطح آزاد با کاهش نسبت شعاع به عرض (تندتر شدن قوس) شیب جانبی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: عددی، الگوی جریان، قوس 90 درجه، FLOW، 3D
  • ساره زرگر، منوچهر فتحی مقدم صفحات 69-76
    وجود جریان غیرماندگار در سیستم های آبرسانی تحت فشار امری اجتناب ناپذیر بوده که سیستم های انتقال را در معرض خطرات و آسیب های جدی نیز قرار می دهد. مسیر عبور مجرای جریان، خطوط انتقال را به سوی طرح لوله های سری واگرا و همگرا و وجود تبدیل های تدریجی و ناگهانی سوق می دهد. تغییر سطح مقطع، عامل ایجاد فشارهای منفی در مسیر، به ویژه در محدوده تغییرات قطر می شود. از این رو هدف اصلی این تحقیق بررسی تغییرات موج فشاری در مسیر خطوط لوله های سری واگرا و همگرا، به ویژه در محل تغییر قطر به صورت آزمایشگاهی است. آزمایش ها در حالت های مختلف باز شدن آهسته و سریع شیر انجام شد و نتایج نشان داد که در سیستم واگرا تغییر سرعت موج فشاری سبب شد که تغییرات فشار ناشی از باز شدن شیر پایین دست سیستم، در مقطع تغییر قطر، بیشتر از مقطع کنار شیر شود.
    کلیدواژگان: جریان میرای افزاینده، کاهش فشار، موج فشاری، لوله های سری
|
  • M. Jam, A. Mardasht, N. Talebbeydokhti Pages 1-10
    The generated kinetic energy at the toe of spillways should be dissipated in the shortest basin to provide normal condition downstream of the river. This research aims to introduce the roughened stilling basin by means of roughness elements (dentate blocks) with new geometry form and arrangement. The study also investigates the effect of different parameters of hydraulic jump on this new stilling basin for the Froude numbers in the range of 11 to 14. The experimental results show a reduction of hydraulic jump parameters on dentate blocks stilling basin while compared to the smooth bed. Length of hydraulic jump and sequent depth was reduced by about 50-60% and 10-12%، respectively. Finally the required roughness length and length of hydraulic jump on dentate blocks stilling basin were compared with the smooth bed basin. For dentate block length of basin was 50-60 percent less and the length of hydraulic jump was only 35-40 percent less than the smooth basin.
    Keywords: Dentate Blocks, Experimental Model, Froude Number, Hydraulic Jump, Stilling Basin
  • M. Shahirnia, S.A. Ayyoubzadeh, J. Mohammad Vali Samani Pages 11-25
    In the Pressurized Flushing method، the previously settled sediments at the bottom of the reservoir will be cleaned up and flushed by the downstream water after opening dam’s bottom outlets. The volume of the flushed sediments can be affected by various factors such as the reservoir water surface elevation، flow rate، and sediment elevation at the dam. This study investigates the laboratory scale “Pressurized Flushing” method as well as the impacts of sediment elevation on the efficiency and the dimensions of scour funnel. A physical model was built in Tarbiat Modarres University in order to assess the effects of the aforementioned factors. All the tests were performed at 3 sediment levels and in each sediment level with 3 water depths and 3 flow rates. According to the measured data، there is a direct correlation between the flushing cone dimensions and the sediment elevations. Based on the measured cone dimensions; the greater the sediment discharge at the higher sediment elevations، the greater the dimensions of the flushing cone will be. Furthermore، increasing of the accumulated sediments elevations at the reservoir leads to a higher efficiency of the pressurized flushing. An average increase of 29 percent in sediment elevation leads to 2 percent increase in the efficiency. Moreover، it has been observed that the flushing cone shape in plan view closely resembles a semicircle. Finally، based on the experimental data، dimensionless equations were developed in order to determine the dimensions of the scour funnel. There was a good correlation between the equations and the experimental data.
    Keywords: Pressurized Flushing, Sediment Elevation, Physical Model, Dimensional Analysis
  • M. Amin, A.R. Shokoohi Pages 27-43
    In this paper، an analytical solution for determining the minimum water requirement by hydraulic methods (the wetted perimeter approach) is presented. The numerical methods (semi analytical – semi graphical methods) used for solving the non-linear and complex equations of the Hydraulic Method are strongly affected by elements such as the solution method، the increments of independent variable، the geometric properties of the section used to derive the required parameters، and the huge amount of calculations to achieve a reliable result. Indirect approach and reverse solution of the achieved equation to determine the environmental discharge، is another problem when using the Hydraulic Method. The common method of employing an index section or making an index section via averaging different sections، which could impose uncertainty with unknown sources to the solution، is not used in the presented approach. The case study on the Kazemroud River، as a perennial river in the west of Mazanderan Province، showed the complete agreement between the two analytical approach and numerical method. The Hydraulic Method gives the minimum environmental water requirement approximately as much as the annual average discharge of the river، while the Tenant (Montana) Method introduces just 10% of that discharge as the minimum discharge that could lead the river towards a critical situation. If the simplicity of application and insufficient amount of time is the reasons for accepting the Hydrologic Methods like the Tenant Method، the results of this research gives those advantages to the Hydraulic Method that makes it an incomparable approach for the minimum environmental water allocation in rivers.
    Keywords: Minimum Environmental Discharge, Hydraulic Method, Analytical Approach, Wetted Perimeter, Tenant Method
  • Y. Ramezani, M. Ghomeshi Pages 45-57
    Most of bridge abutments are located in floodplains and locating them in the main channels are less common. One of common cases in floodplains is the existence of vegetation cover. Scope of this study is investigation on the effect of non-submerged rigid vegetation in floodplain on bed shear stress around bridge abutment in compound channels. Experiments were carried out for different vegetation densities. Increasing vegetation density was 2 times at each step. Reynolds stresses of، and were used to calculate bed shear stress. Flow velocity was measured by electromagnetic 3D velocimeter at different depths. In this study، because of low flow depth in floodplain، electromagnetic velocimeter cannot measure fluctuations of velocity near the bed. Therefore، Reynolds stresses was calculated at different depths and extrapolation of them to the bed were used to estimate bed Reynolds stresses of، and. Results show that maximum bed shear stress occurred at the upstream corner of the abutment. Bed shear stress development at the upstream corner of the abutment was seen at about a 45 degree angle. In cases that vegetation cover was used، shear stress at the abutment nose decreased and shear stress at the main section of the compound channel increased. Also، with increase in vegetation density، shear stress at the abutment nose decreased. Shear stress at the abutment nose، 3. 84 N/m2 for the case with no vegetation، 3. 41 N/m2 for the case with s=16، 3. 04 N/m2 for the case with s=12 and 2. 61 N/m2 for the case with s=8، were calculated. The parameter S is the distance between cylinders in centimeter.
    Keywords: Bridge Abutment, Shear Stress, Vegetation Cover, Electromagnetic Velocimeter, Compound Channel
  • S. Elyasi, A. Eghbalzadeh*, M. Vaghefi, M. Javan Pages 59-68
    Flow pattern in river bends is very complicated and fully three dimensional in nature with high turbulence intensity. This type of flow has a great influence on the river morphology by eroding the outer bank which results in deposits of sediment at the inner bank. Owing to the importance of the study of such flow، in this study flow in bend was simulated using FLOW-3D software. FLOW-3D utilizes a volume of fluid (VOF) method for free surface simulation. RNG turbulence model was used for closing the 3-D Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Experimental data from a laboratory study of flow in a rigid bed channel with a 90 degree bend were used to verify the results from the numerical model. The central radius of the bend and ratio of radius of the bend to width were 2. 4 m and 4، respectively. Numerical results showed good agreement with the experimental results. Then four ratios of radius to width of the bend: R/B=2، 3 4 and 5 were simulated to study the effect of ratio of radius to width on flow pattern. Based on the results of the longitudinal velocity component، at the start of the bend the cross-section maximum velocity occurred adjacent to the inner bank for all ratios of radius to width. Toward the end of the bend، in the sharpest bend (R/B=2)، maximum velocity occurred adjacent to the inner bank، but it shifted to the area close to the outer bank for other ratios of radius to width. The transverse slope of the free surface increases as the ratio of radius to width decreases.
    Keywords: Numerical Simulation, Flow Pattern, 90 Degree Bend, FLOW, 3D
  • S. Zargar, M. Fathi-Moghadam Pages 69-76
    Creation of transient flow in closed conduit is a common phenomenon and also causes serious damage in water supply systems. Flow path leads the system to design of pipes in contraction and expansion series and also gradual and sudden changes in the cross-sections. These changes create negative pressures in pipes specially where pipe diameter changes. The main purpose of this study is experimental investigation of pressure-wave changes in pipes in contraction and expansion series specially where the diameter changes. Tests were carried out with different speeds of valve opening and the results showed that in pipes in contraction series، changes of pressure-wave speed due to pressure changes (that resulted from the opening of the valve at the downstream end of the piping system)، at the locations where the diameter changes was more than sections near the valve.
    Keywords: Transient Accelerating Flow, Head Loss, Pressure Wave, Pipes in Series