پديد آورندگان :
فرودي، علي دانشگاه صنعتي قوچان - گروه مهندسي عمران، قوچان , روشنگر، كيومرث دانشگاه تبريز - دانشكده مهندسي عمران - گروه مهندسي آب، تبريز , آقائي فر، عليرضا دانشگاه پيام نور مشهد - دانشكده مهندسي عمران، مشهد
كليدواژه :
سرريز پلكاني , عملكرد هيدروليكي , كانال تبديل , قوس محوري , مدل فيزيكي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: هدف از طراحي مستهلك كننده‌هاي انرژي، مستهلك كردن بخشي از انرژي جنبشي جريان به منظور جلوگيري از تخريب و ايجاد حفره در زير سرريزها، شوت‌ها و دريچه‌ها مي‌باشد. اگر چه تحقيقات متعددي در اين زمينه انجام شده است، اما بررسي‌ها حاكي از آن است با وجود اين تحقيقات متعدد، هيدروليك جريان سرريزهاي پلكاني قوس محور متأثر از تغييرات شيب كانال ترانزيشن پايين‌دست تا كنون مورد توجه قرار نگرفته و تحقيقي بر روي آن انجام نشده است به همين دليل هيدروليك اين نوع خاص سرريز تاكنون ناشناخته مانده است، لذا در اين تحقيق سرريز پلكاني قوس محور با ديواره‌هاي هادي متقارب تحت تأثير تغييرات شيب ترانزيشن مورد آزمايش واقع شده است.
مواد و روش‌ها: اين پژوهش با هدف بررسي آزمايشگاهي عملكرد هيدروليكي سرريزهاي پلكاني قوس محور تحت تأثير تغييرات شيب كانال ترانزيشن انجام شده است. آزمايشات در يك فلوم مستطيلي به طول 15 متر، ارتفاع 1 متر و عرض 1 متر انجام شد. آزمايش‌ها به ازاي دبي‌هاي مختلف بين 0/15 تا 2/01 برابر دبي طراحي انجام گرديد و مدل فيزيكي ساخته شده تحت 4 شيب كانال ترانزيشن پايين‌دست (m) شامل 1:27، 1:30، 1:33و 0 مورد آزمايش قرار گرفت.
يافته‌ها: آزمايشات نشان داد كه در سرريزهاي پلكاني قوس محور تحت اثر تغييرات شيب كانال ترانزيشن پايين‌دست (m) با كاهش شيب ترانزيشن، ظرفيت تخليه سرريز به ازاي بالاترين هد مجاز بيشتر خواهد شد. همچنين در بازه 0/7>H/Hd مقدار ضريب دبي در مدل فيزيكي پلكاني در كليه شيب‌ها كمتر از مدل صافUSBR مشاهده گرديد. در بازه 0.7 < H/Hd < 1. 3 اين مقدار با ضريب آبگذري سرريز USBR تطابق دارد، اما با افزايش بار آبي كل، درتمامي شيب ترانزيش‌ها، به‌دليل استغراق سرريز، نمودار ضريب دبي روند كاهشي به خود گرفته و كاهش كارايي سرريز نسبت به سرريز اوجي استاندارد USBR مشاهده مي‌شود. علاوه بر اين، آزمايشات نشان داد، مدل-هاي با شيب كانال ترانزيشن 0=m و1:33=m، تنها مدل‌هايي مي‌باشند كه توان عبور حداكثر دبي سيلاب محمتل را در حداكثر ارتفاع مجاز (m5) دارا مي‌باشد و از آنجايي‌كه شيب كانال گذار 1:33=m داراي ابعاد هندسي كوچكتري در كانال پايين‌دست در مقايسه با شيب كانال گذار 0 m= مي‌باشد، بنابراين اين شيب مي‌تواند بعنوان مناسب‌ترين شيب ترانزيشن در كانال پايين‌دست معرفي گردد.
نتيجه‌گيري: نتايج كمي وكيفي تحقيق حاضر بصورت زير خلاصه مي‌گردد.
1-در سرريزهاي پلكاني قوس محور با افزايش بار آبي بالادست، ضريب دبي به‌ازاي تمامي شيب ترانزيشن‌ها افزايش مي‌يابد و نيز تا هنگامي كه سرريز در محدوه جريان‌هاي بحراني و فوق بحراني قرار دارد، تغييرات سيب ترانزيشن تأثير قابل ملاحظه‌اي بر ضريب دبي ندارد. عليرغم اين، وقتي سرريز مستغرق مي‌گردد، تفاوت در ضريب دبي نمايان مي‌شود كه مي‌تواند بخاطر استغراق موضعي در پاياب باشد. 2- استهلاك انرژي با افزايش دبي كاهش مي‌يابد، اما مدل‌ها با مقادير شيب ترانزيشن كوچكتر انرژي بيشتري را در دبي‌هاي بالاتر مستهلك مي‌كنند. 3- مدل با شيب كانال ترانزيشن 1:33=m كه توان عبور حداكثر دبي سيلاب محمتل را در حداكثر ارتفاع مجاز (m5) دارا مي‌باشد مي‌تواند بعنوان مناسب‌ترين شيب ترانزيشن در كانال پايين‌دست معرفي گردد.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: The purpose of the design of energy dissipaters is to dissipate part of the kinetic energy of the inflowing flow in order to return safely the flow to the downstream channel or river and prevent scour below spillways, chutes and sluices. However, surveys show that despite the numerous researches, there is a lack of research on the comprehensive study of hydraulic performance of stepped spillway with curve axis under downstream transition channel slope variation. Therefore, in this study, several physical models of curve axis stepped spillway with converging training walls were made and the impact of downstream transition channel slope variation on the hydraulic characteristics of this type spillway was assessed.
Materials and Methods: This study was conducted with the aim of investigating the hydraulic performance of stepped spillway with curve axis under downstream transition channel slope variation. The experiments were carried out in a rectangular flume with length of 15 m, height of 1 m and width of 2 m. The experiments were performed at different discharge rates from 0.015 to 2.1 times the design discharge and the physical model was tested under four different transition channel slopes of m=0, m=1:33, m=1:30, and m=1:27.
Results: The results of the experiments indicate that in the converging steeped spillway with downstream transition channel slope variation, by decreasing slope of transition channel, the discharge flood in the maximum head allowed will go up. Also, it is find that in the range of H/Hd = 0.7, the discharge coefficient in the stepped physical model for all transition slopes was less than the smooth USBR model and in the range of 0.7 < H/Hd < 1. 3 there was a good consistency with the USBR model. However, with increasing the total water head, due to the spillway submergence the discharge coefficient for all transition slopes showed a descending trend and the spillway efficiency decreased in compared with the standard USBR ogee spillway. Moreover, the results showed that the models with slope of 0 and 1:33 are two models which can pass the probable maximum flood discharge in the maximum allowable height successfully But, the model dimension of physical model with downstream transition Channel slope of m=1:33 is smaller than that of m=0.Therefore, model with slope of m=1:33 can be selected as the most efficient model.
Conclusion: General qualitative and quantitative results of the present study are summarized as the fallowing:
1- In the converging stepped spillway by increasing total upstream head, the discharge coefficient will go up for each of the transition Channel slope (m) and until the downstream flow is at either supercritical or critical stages, the discharge coefficient is independent of variation of transition Channel slope. By contrast, at the submergence stage for the spillway, the difference in the discharge coefficient can be due to tailwater submergence occurring in the spillway.
2- Energy dissipation over converging stepped spillway decreases with increasing the discharge ratio, but model with smaller amount of transition slope (m) lead to decline more energy dissipation in higher discharge.
3- The model with slope of m=1:33 can be selected as the best model due to it’s ability to pass the probable maximum flood in the Maximum allowable head.
