مطالعه آزمایشگاهی آستانه حرکت سنگدانه‌ها و نواحی مستعد خرابی آبشکن توده سنگی دافع در شرایط مستغرق

Abstract

در این مقاله به مطالعه آزمایشگاهی اثر پارامترهای مختلف بر سرعت آستانه حرکت سنگدانه‌های تشکیل دهنده آبشکن دافع و تشخیص نواحی مستعد خرابی در این نوع آبشکن‌ها پرداخته شده است. بدین منظور، سرعت آستانه حرکت تک آبشکن توده سنگی دافع با زاویه‌های قرارگیری 100، 110 و 120 درجه نسبت به راستای عمومی جریان، با اندازه قطر متوسط سنگدانه‌های 55/3، 1/7 و 11 میلی متر و با درصد استغراق‌های 2/31، 50 و 7/68 درصد مورد مطالعه قرار گرفت. در طی آزمایش از دوربین به منظور ثبت نواحی شروع خرابی استفاده شد و در نهایت مشخصات جریان به منظور بررسی علت خرابی‌ها با برداشت پارامترهای آشفتگی اطراف آبشکن بوسیله سرعت سنج سه بعدی ADV، بررسی شد. نتایج حاصل نشان داد که افزایش زاویه قرارگیری آبشکن به میزان 10 درجه، باعث کاهش سرعت آستانه حرکت به میزان متوسط 35/5 درصد می‌شود. دو ناحیه، محل اتصال دماغه به شیب بالادست و محل اتصال دماغه به شیب پایین‌دست جزو نواحی مستعد خرابی آبشکن توده سنگی دافع بوده و اغلب خرابی‌ها از این نواحی شروع می‌شوند. تشکیل نواحی دو گانه تشدید سرعت و گستردگی آن در نواحی تاج آبشکن، ایجاد حداکثر انرژی جنبشی آشفتگی و تنش‌های رینولدز در نواحی مستعد مذکور دلیلی بر شروع خرابی می‌باشند. بیشینه مقدار مولفه در محل اتصال دماغه به شیب بالادست، نوک آبشکن و در امتداد لایه برشی شکل می‌گیرد که باعث حرکت سنگدانه‌ها از این قسمت شده و با توجه به مقادیر منفی تنش‌های و تجمع سنگدانه‌ها در ناحیه چرخشی پشت آبشکن اتفاق می‌افتد.