بررسي آزمايشگاهي نوسانات فشار پرش هيدروليكي در حوضچه آرامش با واگرايي ناگهاني و بستر زبر

Experimental Determination of Pressure Fluctuations in Stilling Basin with Sudden Expanding and Roughened Bed

اثر فشارهاي نوساني ناشي از تلاطم در پرش هيدروليكي موجب آسيب قابل‌توجهي در حوضچه آرامش مي­شود. هم­چنين، وجود زبري در بستر باعث تغيير دادن رفتار خطوط جريان و تشكيل گردابه ­ها در طول پرش مي‌شود. از اين­‌رو، هدف پژوهش حاضر تعيين اثر حضور زبري بر فشارهاي هيدروديناميكي در پرش هيدروليكي نوع S در مقاطع واگراي ناگهاني بود. براي اين منظور آزمايش ­ها در يك كانال نسبتاً بزرگ به عرض 0/8 و طول m 12 در حوضچه آرامش با نسبت­هاي واگرايي 0/33، 0/5، 0/67 و 1 در محدوده اعداد فرود بين 2 تا 5/9 انجام شد. المان­هاي زبري با ارتفاع cm 3 و فواصل مشخص در بستر كانال و در پايين ­دست مقطع واگرايي جاي­گذاري شد. به­‌منظور تعيين اثرات زبري در ميزان فشارهاي هيدروديناميكي، آزمايش­ها در دو مرحله مجزا شامل بستر حوضچه كاملاً صاف و بدون حضور زبري در مرحله اول (77 آزمايش) و با حضور زبري در كف حوضچه در مرحله دوم (81 آزمايش) صورت پذيرفت. نتايج نشان داد كه وجود زبري در بستر باعث كاهش شدت نوسانات فشار در حوضچه آرامش مي‌شود. همچنين در مقاطع واگراي ناگهاني به ­دليل تشكيل گردابه­ هاي جانبي افت انرژي افزايش و شدت نوسانات فشار كاهش مي ­يابد. آهنگ كاهش بيشينه نوسانات فشار به ­ترتيب 27، 46 و 58% براي نسبت واگرايي 0/67، 0/5 و 0/33 در بستر زبر تخمين زده شد.

The effect of fluctuating pressures due to turbulence on the hydraulic jump causes significant damage to the relaxation pool. Moreover, the presence of roughness in the bed changes the behavior of flow lines and the formation of vortices during the jump. Therefore, the aim of this study was to determine the effect of the presence of roughness on hydrodynamic pressures in type S hydraulic jump in sudden divergence sections. For this purpose, experiments were performed in a relatively large channel with a width of 0.8 and a length of 12 m in the calm pool with divergence ratios of 0.33, 0.5, 0.67 and 1 in the range of Frued numbers between 2 to 9.5. Roughness elements with a height of 3 cm and specified distances were placed in the channel bed and downstream of the divergence section. In order to determine the effects of roughness on the level of hydrodynamic pressures, the experiments were performed in two separate stages, including a completely flat pool bed without the presence of roughness in the first stage (77 experiments) and with the presence of roughness in the pool floor in the second stage (81 experiments). The results showed that the presence of roughness in the bed reduces the intensity of pressure fluctuations in the relaxation pool. In addition, in sudden divergent sections, due to the formation of lateral vortices, the energy drop increases and the intensity of pressure fluctuations decreases. The maximum reduction rates of pressure fluctuations were estimated to be 27, 46 and 58% for the divergence ratios of 0.67, 0.5 and 0.33 in the rough bed, respectively.