مطالعه آزمايشگاهي اثر امواج ضربه اي در تبديل كانال هاي روباز با مقاطع ذوزنقه اي و مستطيلي بر مشخصات جريان

سابقه و هدف: تبديل‌هاي همگرا در جريان‌هاي فوق بحراني كاربردهاي گسترده‌اي دارند. از جمله آن مي‌توان به انتقال جريان از كانال‌هاي آبگير سدها به سرريزهاي تونلي، كاهش عرض كانال در تندآب‌ها و كاهش زمان انتقال جريان در كانال‌هاي انتقال سيلاب اشاره كرد. در مطالعه جريان‌هاي فوق بحراني تشكيل امواج ضربه‌اي از اهميت بالايي برخوردار است. توليد و توسعه اين امواج به دليل افزايش ارتفاع آب به اندازه چندين برابر عمق جريان ورودي و گسترش آن در محدوده وسيعي از كانال پايين دست و ناهموار ساختن سطح آب به لحاظ مهندسي نامطلوب بوده و هر گونه طراحي ضعيف كانال مي‌تواند منجر به آبشستگي ديواره‌ها و كف كانال، آسيب رساندن به تجهيزات در مسير جريان و بالا بردن هزينه‌هاي مربوط به نگهداري و كاهش راندمان انتقال آب گردد. در تحقيق حاضر تشكيل امواج ضربه‌اي در تبديل‌هاي همگراي كانال روباز با مقاطع ذوزنقه‌اي و مستطيلي با به‌كارگيري مدلهاي آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: به منظور بررسي پارامترهاي هيدروليكي امواج ضربه‌اي در تبديل‌هاي همگرا، دوازده مدل با هندسه‌هاي متفاوت به‌كار گرفته شد. طول مورب ديواره‌هاي تبديل (0.5، 0.75 و 1 متر) و زاويه شيب جانبي ديوارهها (33.69، 45، 60 و 90 درجه) متغيرهاي هندسي مورد مطالعه در تحقيق حاضر بود. مقدار نسبت همگرايي در كليه مدل‌ها برابر 0.5 در نظر گرفته شد. مقادير ارتفاع و سرعت لحظه‌اي در نقاط مختلف امواج ضربه‌اي تشكيل شده در مدل‌هاي مذكور به ازاي چهار عدد فرود مختلف در محدوده 925.23/3 اندازه‌گيري شد. يافته‌ها: مقادير اندازه‌گيري شده در تبديل‌هاي همگرا حاكي از توزيع غيريكنواخت سرعت در راستاي قائم امواج ضربه‌اي بود. همچنين حركت جبهه موج به سمت پايين‌دست با كاهش سرعت و افزايش ارتفاع موج همراه بود كه به ازاي هندسه‌هاي مختلف تبديل، روند تغييرات مذكور نيز متفاوت بود. نتايج نشان داد حداكثر ارتفاع امواج ضربهاي در تبديل‌هاي همگرا با مقاطع ذوزنقه‌اي به ازاي زواياي شيب جانبي 33.69، 45 و 60 درجه نسبت به مقاطع مستطيلي به‌طور ميانگين، به ترتيب به ميزان 64.8، 54.3 و 39.6 درصد كاهش يافت. همچنين حداكثر سرعت امواج ضربه‌اي در تبديل‌هاي همگرا با مقاطع ذوزنقه‌اي به ازاي زواياي شيب جانبي مذكور نسبت به مقاطع مستطيلي به‌طور ميانگين، به ترتيب به ميزان 39.1، 31.6 و 16.5 درصد كاهش يافت. به‌ازاي عدد فرود ثابت و طول يكسان ديواره تبديل، افزايش زاويه شيب جانبي با افزايش استهلاك انرژي امواج ضربه‌اي همراه بود. همچنين بيشترين نرخ استهلاك انرژي در طول ديواره 0.5 متر مشاهده شد. به‌طوري‌كه مقادير افت انرژي امواج ضربه‌اي به‌ازاي طول ديواره مذكور، عدد فرود 7.26 و زواياي شيب جانبي 33.69، 45، 60 و 90 درجه به‌ترتيب برابر 14.69، 15.43، 16.34 و 18.72 درصد به‌دست آمد. نتيجه‌گيري: تحليل پروفيل‌هاي سرعت و سطح آزاد امواج ضربه‌اي حاكي از آن بود كه در حالت كلي كاهش زاويه شيب جانبي (افزايش شيب جانبي) ديواره تبديل، افزايش طول مورب ديواره تبديل و همچنين كاهش عدد فرود جريان رابطه مستقيم با كاهش ارتفاع و سرعت امواج دارد. نظر به اينكه كانال‌هاي اجرايي عمدتاً با مقطع ذوزنقه‌اي ساخته و بهره‌برداري مي‌شوند، يافته‌هاي تحقيق حاضر براي مهندسين طراح مي‌تواند بسيار سودمند باشد.