بررسي آزمايشگاهي جريان دوفازي آب‌ـ هوا در پرش هيدروليكي تحت تأثير پوشش گياهي انعطاف ناپذير

Experimental study of two phase Air-water Flow Parameters in Hydraulic Jumps with vegetated Rough Bed

پرش هيدروليكي نوعي پديدۀ پيچيدۀ سه بعدي است كه به وفور در رودخانه ها و كانال هاي روباز ديده مي شود. مقاومت هيدروليكي گياهان كاركرد زيادي در هيدروديناميك رودخانه ها با دشت هاي سيلابي طبيعي گسترده دارد. پوشش گياهي به ميدان جريان نفوذ مي‌كند و باعث ايجاد نيروي مقاوم و در پي آن، اتلاف انرژي مي شود. هدف از اين تحقيق، بررسي اثر تراكم و ارتفاع پوشش، بر هيدروليك جريان در پرش هيدروليكي و پارامترهاي مربوط به جريان دوفازي آب‌ـ هوا با استفاده از المان هاي استوانه اي شكل از جنس آهن گالوانيزه با قطر همگون 7 ميليمتر به عنوان پوشش گياهي است. به اين ترتيب، تأثيرات همراه با تنوع پوشش و يا خم شدن در نظر گرفته نمي شوند. به اين‌منظور، چهار فرم بستر زبر، در دو حالت زبري پيوسته و غير پيوسته و با دو ارتفاع 1/5 و 3 سانتيمتر استفاده شده و نتايج با داده هاي مربوط به بستر صاف به عنوان مرجع، مقايسه شد. آزمايش هاي مورد نياز اين مطالعه در فلومي مستطيلي افقي با عرض 30 سانتيمتر، در محدودۀ اعداد فرود بين 5/5 >1Fr > 1/5 انجام شد. اندازه گيري و تعيين پارامترهاي مشخصۀ مربوط به جريان آب‌ـ هوا، توسط دستگاه پروب الكتريكي دو سوزني كه در اين تحقيق طراحي، توسعه و واسنجي شده است، انجام شد. نتايج اين تحقيق نشان داد وجود پوشش در كف كانال موجب افزايش هوادهي از طريق افزايش جزء خالي در طول غلتاب پرش شده و از طرفي، با افزايش نيروي مقاوم و تنش برشي در بستر سبب كاهش اعماق مزدوج و طول غلتاب پرش مي شود؛ كه اين افزايش و كاهش، بسته به مقدار عدد فرود و ارتفاع و تراكم زبري ها است.

Hydraulic jumping is a complex three-dimensional phenomenon which is frequently observed in open channel flow such as rivers. The hydraulic resistance of vegetation plays a major role in the hydrodynamics of rivers with extensive natural floodplains. Vegetation penetrates the flow field and creates resistant force and, consequently, energy dissipation. In this study, the effect of vegetation density and height on flow in a hydraulic jump and parameters related to two phase Air-water flow are examined using cylindrical elements made of galvanized iron with a homogeneous diameter of 7 mm as vegetation. Thus, neither the effects of plant diversity nor flexibility have been considered. For this purpose, four forms of rough bed were used in two modes of staggered and collocated grid roughness with two heights of 1.5 and 3 cm, and the results were compared with data on smooth bed as a reference. Experiments were conducted in a horizontal rectangular flume with a width of 30 cm, in the range of upstream Froude numbers between 1.5 Fr1 5.5. Air-water flow measurements were conducted with a dual-tip conductivity probe, which was designed, developed and calibrated in this research. The results of this study showed that the presence of vegetation increases aeration by increasing the void fraction in a jump roller. an‎d on the other hand, increasing the resistant force and shear stress in the bed reduces conjugate depths and roller length. This increase and decrease depends on the upstream Froude numbers, height and density of vegetation.