بررسی حالت تشدید و تشکیل امواج با حداکثر دامنه در برخورد جریان به موانع با استفاده از چهار قطر مختلف

Abstract

در بسیاری از مواقع مجموعه ای از موانع مانند پایه های پل در مسیر رودخانه، پایه های اسکله در دریا، وجود گیاهان و درختان در بستر رودخانه و پایه های هر سازه هیدرولیکی دیگر که در یک مجرای روباز قرار دارد، در مسیر حرکت آب قرار می گیرد. با عبور آب از بین این موانع استوانه ای، در پائین دست موانع ورتکس ایجاد شده و از همپوشانی ورتکس ایجاد شده از هر کدام از موانع، امواج سطحی که راستای انتشارشان عمود بر جهت جریان آب است، تشکیل می شود. این امواج با حداکثر دامنه، زمانی شکل می گیرند که بسامد نیروی ناشی از ورتکس موانع با یکی از بسامدهای طبیعی نوسان آب برابر شود و تشدید صورت پذیرد. مساله موج عمود بر جریان جز پدیده های بسیار جالب هیدرولیکی است و درباره آن کار تحقیقاتی جامع، کامل و مهمی در دنیا صورت نگرفته و در این رابطه تحقیقات مختلف و جامعی در مجاری بسته و در سیالاتی به غیر از آب صورت گرفته است. در سالهای اخیر تحقیقاتی در کانالهای روباز توسط زیما و همکاران، قمشی و همکاران و عزیزی انجام شده است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی حالت تشدید و تشکیل امواج با حداکثر دامنه در برخورد جریان به موانع با استفاده از چهار قطر مختلف بوده است. در این تحقیق در مجموع 3304 آزمایش صورت پذیرفت که در 398 آزمایش، جریان بر روی موانع استوانه ای مستغرق بود. در این آزمایشات پارامترهای فواصل طولی و عرضی موانع، تراکم، قطر، دبی، آرایش موانع، عمق و سرعت جریان متغیر بود. در مجموع 166 نوع آزمایش وجود دارد که در آنها پارامترهای فواصل طولی و عرضی موانع، تراکم، قطر، دبی و آرایش موانع یکسان می باشد. در هر نوع آزمایش، با تغییر عمق و سرعت جریان به وسیله دریچه انتهایی فلوم، امواج مختلفی در عرض فلوم تشکیل شد، که حداکثر دامنه موج عرضی مشاهده شده در آزمایشات 40 درصد بوده است. برای انجام این تحقیق از موانع استوانه ای با چهار قطر مختلف به اندازه 5، 12، 25 و 42 میلیمتر استفاده شد و همین امر از عوامل بسیار مهم و تاثیر گذار بر روی شکل گیری ده نوع موج عرضی در فلوم بوده است. با گستردگی متغیرها، در برخی از حالات تشکیل امواج عرضی با حداکثر دامنه در حالت استغراق موانع نیز صورت پذیرفت. پس از انجام آنالیز ابعادی و با استفاده از نرم افزاز SPSS و انجام تجزیه و تحلیلهای آماری رابطه ای جهت محاسبه دامنه نسبی ماکزیمم امواج عمود بر جریان ناشی از ورتکس مجموعه ای از موانع استوانه ای در کانالهای روباز بدست آمده است. مدل ارائه شده در تحقیق برای پیش بینی دامنه نسبی ماکزیمم امواج با استفاده از پارامترهای بدون بعد اندازه گیری شده در تحقیق حاضر که در ساخت مدل دخالت نداشته اند، مورد بررسی قرار گرفت که مدل ارائه شده پیش بینی نسبتا خوبی را دارا بود.