Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani
محمدرضا چمنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Monemiyan
زهرا منعمیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Hydraulic jump downstream of a vertical drop with a contraction transition and upstream subcritical flow
A vertical drop is an abrupt change in elevation to offset the difference between the channel slope and the ground slope. The free falling jet impacts the channel floor and produces a recirculating pool. An air pocket is trapped in the area between the pool surface and the free falling jet. Due to the mixing process of the free falling jet, negative pressures develop in the air pocket, fill the pocket with air and increase the falling jet vibration. Usually, a ventilation shaft is provided to aerate the air pocket. In this investigation, contraction transitions are used to eliminate the negative pressures in the vertical drops. By using contraction transition at the brink of the drop, the falling jet width decreases and the air pocket vanishes. The main objective of this study is to examine the effect of contraction transition on characteristics of hydraulic jump downstream of drop and the energy dissipation. The experimental work was conducted in two channels with three different drops and six different transitions. The relative critical depth d c /h (where d c is the critical depth and h is the vertical drop height) varied between 0.07 and 0.459. Empirical equations were presented to estimate brink depth profile, average bring depth, relative pool length and relative energy loss. Energy loss at the drop was calculated and compared with the result of the previous studies. It was observed that contraction transitions increase the energy loss about 10% to 15%. By using experimental observation, assumptions from previous researchers and assuming that the present hydraulic jump characteristics are similar to those of the justify; MARGIN: 0in 0in 0pt; unicode-bidi: embed; DIRECTION: ltr" Keywords : vertical drop, energy loss, hydraulic jump, contraction transition.
در کانال های آبیاری و شبکه های جمع آوری فاضلاب از شیب شکن برای جبران اختلاف ارتفاع کف کانال با بستر طبیعی زمین استفاده می شود. سرعت جریان پس از عبور از شیب شکن افزایش یافته و جریان، انرژی جنبشی زیادی خواهد داشت. این انرژی جنبشی زیاد، مخرب بوده و باعث فرسایش بستر، آبشستگی و تخریب سازه های پایین دست می شود. علاوه بر آن، در شیب شکن محفظه ی فشار منفی در زیر جت سقوطی، درصورت هوادهی نشدن، وجود دارد که سبب مکش، پرشدن محفظه از آب و افزایش لرزش جت سقوطی می شود. در این تحقیق، با قرار دادن تبدیل های همگرا در لبه ی آبشار شیب شکن قائم، میزان استهلاک انرژی و وضعیت پرش هیدرولیکی ایجاد شده در پایین دست شیب شکن در مقایسه با شرایط شیب شکن قائم ساده بدون استفاده از تبدیل همگرا، به صورت آزمایشگاهی و تحلیلی مطالعه شده است. هدف استفاده از تبدیل در شیب‌شکن افزایش میزان استهلاک انرژی، بررسی اثر آن بر روی پرش هیدرولیکی در پایین دست شیب شکن و هوادهی طبیعی محفظه ی هوا در زیر جت سقوطی است. آزمایش ها بر روی سه شیب شکن متفاوت با استفاده از شش تبدیل همگرا با ابعاد متفاوت و با دبی نسبی (d c /h) در محدوده ی 07/0 تا 459/0 صورت گرفته است که h ارتفاع شیب‌شکن و d c عمق بحرانی است. وجود تبدیل همگرا در لبه ی شیب شکن قائم با کاهش مقطع جت سقوطی در هنگام ریزش از لبه ی شیب شکن، باعث از بین رفتن محفظه ی با فشار منفی در پشت جت سقوطی شده و به همین دلیل، دیگر نیازی به هوادهی نیست. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابطی تجربی برای برآورد پروفیل عمق جریان در لبه ی شیب شکن، عمق متوسط جریان در لبه ی شیب شکن، طول گرداب نسبی و افت هد نسبی پیشنهاد شده است. با استفاده از فرضیات محققین پیشین، مشاهدات آزمایشگاهی و فرض یکسان بودن پرش هیدرولیکی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک، شش مدل تحلیلی برای برآورد افت هد در شیب شکن قائم با تبدیل همگرا ارائه شد. نتایج حاصل از مدل های ارائه شده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد و مدل تحلیلی شماره 5 نزدیک ترین نتایج را به نتایج آزمایشگاهی برای برآورد افت هد با نسبت همگرایی 9/0 و مدل تحلیلی 4 برای نسبت همگرایی 8/0 ارائه می دهد. افت هد نسبی با نسبت همگرایی 9/0، 10% و با نسبت همگرایی 8/0، 15% افزایش دارد. با افزایش عمق پایاب و ایجاد پرش هیدرولیکی، اثرات ناشی از امواج شوک ناشی از تبدیل همگرا در لبه ی شیب شکن کاهش داده شد. شکل پرش هیدرولیکی بسته به عمق پایاب، دبی و فرود اولیه متفاوت بوده و باعث به وجود آمدن پرش‌های متفاوتی می شود. پرش هیدرولیکی تشکیل شده در پای شیب شکن با فرود اولیه ای در محدوده ی 2 تا 4 پرش هیدرولیکی کامل و در محدوده ی 4 تا 7 پرش هیدوریکی V-شکل نامتقارن است. در نسبت همگرایی 8/0 و در شیب شکن با ارتفاع 400 میلی متر (به جز در کمترین دبی)، پرش هیدرولیکی به صورت یک پرش خاص در پای جت سقوطی رخ می دهد. نتیجه ی حاصل شده از مقایسه ی طول غلتابه ی سطحی پرش هیدورلیکی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک نشان داد که طول غلتابه ی سطحی کاهش می یابد. با افزایش سرعت جریان در پایین دست و افزایش عدد فرود اولیه ی پرش هیدرولیکی، اختلاف طول غلتابه ی نسبی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک بیشتر می شود. عمق ثانویه ی پرش هیدرولیکی در این مطالعه تقریباً با عمق ثانویه ی پرش هیدرولیکی کلاسیک برابر بوده و بیشترین اختلاف آن به 11% می رسد. کلمات کلیدی: افت هد، پرش هیدرولیکی، شیب شکن قائم، تبدیل همگرا.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی