هیدرولیک جریان برروی سرریزهای کلیدپیانویی تحت هندسه‌ی متفاوت پایه‌ها

Abstract

سابقه و هدف: با توجه به افزایش طول موثر و به تبع آن افزایش راندمان تخلیه در سرریزهای کلیدپیانویی می‌توان از آنها در سرریز سدها و یا سازه‌های تنظیم آب در شبکه‌های آبیاری و زهکشی استفاده نمود. در پژوهش حاضر تأثیر شکل هندسی پایه‌های نصب شده زیر کلیدهای خروجی بر راندمان هیدرولیکی این سرریزها بررسی شده است. استفاده از این سرریزها در مخازن سدها منجر به افزایش تراز سطح آب و افزایش حجم ذخیره در مخزن می‌شود. در مطالعات گذشته بدون در نظر گرفتن شکل پایه با استفاده از مدل فیزیکی ضریب تخلیه‌ای سرریزهای کلیدپیانویی به صورت روابط بدون بعد از پارامترهای هندسی سرریز و بار آبی ارائه شده است. <br />مواد و روشها: به این منظور ابتدا دو سرریز با نسبت‌های ارتفاع به عرض یک سیکل 33/1، (مدل 1)، و 50/0، (مدل 2)، ساخته شد. همچنین در هر مدل، از پایه‌های تخت، مثلثی و نیم‌استوانه به همراه مدل شاهد (بدون پایه)، جهت مقایسه‌ی راندمان هیدرولیکی استفاده گردید. در مجموع 8 مدل تهیه و در دبی‌های مختلف آزمایش‌های هیدرولیکی انجام شد. محدوده‌ی تغییرات دبی به گونه‌ای انتخاب گردید، تا اولاً، داده‌های زیادی جمع‌آوری شود و ثانیاً، هم شرایط آزاد و هم شرایط مستغرق برای سرریز ایجاد گردد. حداقل دبی کاربردی 1 لیتر بر ثانیه با کنترل عدد وبر به عنوان پارامتر کشش سطحی و حداکثر 130 لیتر بر ثانیه در نظر گرفته شد. آزمایش‌ها در آزمایشگاه مدل‌های فیزیکی هیدرولیکی دانشگاه شهید چمران اهواز و در یک فلوم آزمایشگاهی به عرض کف 80 سانتی‌متر و طول 12 متر انجام شد.<br />یافته‌ها: به طور کلی یافته‌های تحقیق حاضر نشان داد که در مجموع راندمان تخلیه هیدرولیکی مدل 1 ، با نسبت P/Wu، برابر 33/1، بیشتر از مدل 2 با نسبت P/Wu برابر با50/0، می‌باشد. این موضوع مستقل از شکل پایه‌هاست. از طرفی در هر دو مدل در یک بار آبی یکسان، دبی تخلیه سرریز با پایه‌ی مثلثی از سایر حالات بیشتر است. بر اساس نتایج به دست آمده از آزمایش‌های این تحقیق مشخص گردید که در هر دو مدل سرریز کلید پیانویی تغییرات دبی-اشل خطی بوده و این به مفهوم قدرت مناسب تنظیم‌کنندگی سطح آب بالادست سرریزهای می‌باشد. جهت مقایسه‌ی راندمان هیدرولیکی سرریزهای کلیدپیانویی از معادله‌ی عمومی سرریزها، استفاده شد. در این بخش نتایج نشان داد که راندمان هیدرولیکی پایه‌ی مثلثی از دیگر شکل‌های بررسی شده بیشتر است؛ پایه‌ی نیم‌استوانه در جایگاه دوم قرار دارد و همچنین تفاوتی میان پایه‌ی تخت و مدل شاهد (بدون پایه) وجود ندارد. در پایه‌ی استوانه‌ای از نظر هیدرودینامیکی خطوط جریان به‌ صورت تدریجی دارای انحنا گشته و افت انرژی کمتری به وقوع می‌پیوندد. از این‌رو در مدل‌های 1 و 2، بیشینه‌ی ضریب دبی محاسبه شده نسبت به حالت تخت و بدون پایه به ترتیب 15 و 17 درصد بیشتر است.<br />نتیجه‌گیری: استفاده از پایه با شکل‌های مختلف اثر معنی‌داری بر راندمان تخلیه سرریزهای کلیدپیانویی دارد. به نحوی که در مدل 1، بیشینه ضریب دبی برای پایه‌های مثلثی، نیم‌استوانه، تخت و مدل شاهد، به ترتیب برابر 61/0، 54/0، 48/0 و 46/0 بدست آمد که این مقادیر در نسبت‌های استغراق (نسبت هد جریان بالادست سرریز، Ht، به ارتفاع سرریز، P) حدود 1/0 به وقوع پیوست.