بررسي آزمايشگاهي تاثير انتقال بار بستر بر مقاومت جريان در بسترهاي فرسايشي با شيب تند

Experimental Study of the Effect of Bed Load Transport on the Flow Resistance in Steep Erodible Beds

تعيين ضريب اصطكاك در بسترهاي فرسايش پذير اهميت زياديدر طراحي كانال هاي آبرفتي دارد.در خصوص پارامترهاي موثر بر ضريب اصطكاك در بسترهاي غير فرسايشي، تاكنون مطالعات گسترده اي صورت گرفته است. در اين تحقيق با اجراي مدل آزمايشگاهي در بسترهاي فرسايش پذير، پارامترهاي شيب بستر و ميزان انتقال بار بستر بر ضريب اصطكاك بستر بررسي شده است. آزمايش ها در دبي هاي0/90 تا 4/75 ليتر در ثانيه و شيب هاي 2، 3 و 5 درصد روي بار بستر از ذرات غير چسبنده يكنواخت با دانه بندي با قطرهاي متوسط 1/7 و 3/29 ميلي متر اجرا شده و عدد رينولدز برشي در محدوده 82 تا 343، عدد فرود حاصل از 0/93 تا 1/51 و دبي بي بعد انتقال بار بستر در محدوده 0/004 تا 0/311 به دست آمده است. نتايج آزمايشگاهي نشان مي دهد بين شيب سه تا شيب پنج درصد، ضريب اصطكاك بستر و عدد رينولدز برشي به صورت قابل ملاحظه اي افزايش مي يابد در حالي كه بين شيب دو تا سه درصد اين افزايش چندان قابل توجه نيست. با تحليل نتايج آزمايشگاهي مشخص شده است با افزايش ميزان انتقال بار بستر، ضريب اصطكاك بدون حركت بار بستر يا مقاومت اصطكاكي جريان (fc) كاهش و افت اصطكاك ناشي از حركت بار بستر يا مقاومت حركت بار بستر (fm) افزايش مي يابد. به كمك آناليز ابعادي، پارامترهاي تاثيرگذار بر (fm) بررسي گرديد و رابطه اي تجربي براي تعيين fm ارائه و با نتايج آزمايشگاهي محققان پيشين صحت سنجي شد و نتايج قابل قبولي به دست آمد.

Determining the friction coefficient in erodible beds plays an important role in the design of alluvial canals. In most of the previous studies, an impact of the hydraulic parameters on the friction coefficient has been studied for non-erodible bed conditions. In this research, by performing a laboratory model in the erodible substrates, the effects of the bed slope parameters and bed load transfer rate on the bed friction coefficient were investigated. The experiments were carried out in the discharge rate of 0.90 to 4.75 l/s and the slopes of 2, 3 and 5 percent on the uniform non cohesive particles with the grain diameter of 1.7 and 3.29 mm. The roughness Reynolds number was in the range of 82 to 343, Froude numbers of these currents in the range of 0.93 to 1.51, and non-dimensional bed load transport rate was calculated in the range of 0.004-0.311. The experimental results showed that between the slopes of 3% to 5%, the bed friction coefficient and the roughness Reynolds number of the erodible bed increased significantly, while in the slope range of 2% to 3%, no significant increase was observed. Analyzing experimental results showed that by increasing the bed transport rate, the frictional resistance of flow (fc) decreased and subsequently, the bed loading movement resistance (fm) increased. Applying dimensional analysis, the effective parameters on fm were determined and an empirical equation to determine fm was designed and results were validated by laboratory outputs obtained by former researchers. Validation results have been proved acceptable.