مطالعه آزمایشگاهی شاخص سرعت (نسبت سرعت متوسط به سرعت سطحی) و الگوهای سطحی جریان فوق‌بحرانی روی شیب تند با استفاده از LSPIV

Abstract

اندازه‌گیری دبی جریان در آبراهه‌های روباز همواره یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های متخصصین حوزه آب بوده است. رویکردی که اخیراً به‌عنوان یک گزینه غیرتماسی برای اندازه‌گیری جریان در مجاری روباز موردتوجه قرارگرفته است استفاده از روش‌های سرعت‌سنجی مبتنی بر تصویربرداری از سطح جریان می‌باشد. ازجمله این روش‌ها گونه‌ای از روش سرعت‌سنجی تصویری ذرات (PIV) موسوم به سرعت‌سنجی بزرگ‌مقیاس تصویری ذرات (LSPIV) است که به دلیل حذف ضرورت استفاده از لیزر طرفداران زیادی پیداکرده است. در این مطالعه برای اندازه‌گیری میدان دوبعدی سرعت بر روی سطح جریان فوق‌بحرانی روی شیب تند از LSPIV بهره‌گیری شد. بدین ترتیب که تعداد 24 آزمایش برای سه شیب مختلف (2، 6 و 10 درصد) و هشت مقدار مختلف نسبت ابعاد (7 تا 5/20) انجام و در هر آزمایش به مدت 60 ثانیه با فرکانس 125 فریم بر ثانیه تصویربرداری از سطح جریان صورت گرفت. از داده‌های سرعت حاصله برای محاسبه شاخص سرعت (VI) استفاده گردید. این شاخص برای تبدیل سرعت سطحی به ‌سرعت متوسط مقطع و نهایتاً اندازه‌گیری دبی جریان بکار می‌رود. تأثیر تغییرات نسبت ابعاد روی این شاخص مورد بررسی قرار گرفت. مقدار متوسط بدست آمده برای شاخص سرعت معادل 701/0 می‌باشد که با مقدار متداول 85/0 حدود 17 درصد اختلاف دارد. بعلاوه الگوهای سرعت متوسط زمانی سطح جریان برای حالات مختلف به‌صورت کمی مقایسه شد. با توجه به‌اینکه تاکنون شاخص سرعت غالباً برای شرایط زیربحرانی مطالعه شده است، نتایج این تحقیق می‌تواند برای اندازه‌گیری جریان‌های فوق‌بحرانی راهگشا باشد.