بررسي خصوصيات جريان و پارامترهاي فشار پرش هيدروليكي آزاد و مستغرق در حوضچه‌هاي آرامش USBR

Investigation of Flow Characteristics and Pressure Parameters of Free and Submerged Hydraulic Jumps in USBR Stilling Basins

در اين تحقيق، خصوصيات جريان و پارامترهاي فشار در پرش هيدروليكي در يك فلوم آزمايشگاهي بررسي شده است. نتايج حاصل براي اعداد فرود اوليه مختلف (Fr1) در پايين‌دست سرريز اوجي در كف حوضچه آرامش نوع دو USBR با حوضچه‌هاي نوع يك USBR مقايسه شده است. ابعاد سرريز اوجي شكل و حوضچه آرامش، بر اساس معيارهاي USBR طراحي شده‌اند. داده‌هاي فشار نقاط واقع در كف حوضچه با استفاده از مبدل‌هاي فشار با بسامد 20 هرتز ثبت شده‌اند. پارامترهاي آزمايشگاهي شامل عمق و سرعت جريان در موقعيت‌هاي ابتدا و انتهاي پرش آزاد (Y1، Y2، V1، و V2)، و پرش مستغرق (Y3، Yt، V3، و Vt) اندازه‌گيري شدند. در تحقيق حاضر، پارامترهاي بي‌بعد راندمان استهلاك انرژي (εt)، ارتفاع نظير فشار متوسط (Ψ*X)، انحراف معيار نوسانات فشار (Φ*X)، ضريب حداكثر نوسان فشارهاي مثبت (CP+)، ضريب حداكثر نوسان فشارهاي منفي (CP‒)، ضريب كل نوسانات فشار (CP) و ضريب چولگي (Ad) بررسي شدند. مقادير پارامترهاي فشار تابع Fr1، موقعيت نقطه (Γ*X) و درجه استغراق (S) هستند. نتايج نشان داد كه با كاهش مقادير Fr1، پارامتر εt كاهش مي‌يابد. پارامتر Φ*Xmax در حوضچه نوع دو USBR در مقايسه با حوضچه‌هاي نوع يك در پرش آزاد، در حدود 30 درصد كاهش مي‌يابد. كاهش مقادير Φ*Xmax در پرش مستغرق با S=1/4 در مقايسه با پرش آزاد، در حدود 29 درصد است. مقادير ضرايب CP+max و |CP‒|maxدر پرش مستغرق با S=1/4در مقايسه با پرش آزاد، به طور متوسط به ترتيب برابر با 15 و 17 درصد كاهش مي‌يابند.

In this study, flow characteristics and pressure parameters of hydraulic jumps have been investigated in a laboratory flume. The results for different incident Froude numbers (Fr1), at the downstream of an Ogee spillway on a typified USBR II stilling basin bed were compared with the USBR Type I basins. Dimensions of the Ogee spillway and stilling basin were designed according to the USBR criteria. The pressure data of the points on the basin bed were recorded using pressure transmitters with 20 Hz frequency. Experimental parameters, including flow depths and velocities at the beginning and endpoint of free jumps (Y1, Y2, V1 and V2), and submerged jumps (Y3, Yt, V3 and Vt) were measured. In the present study, dimensionless parameters of energy dissipation efficiency (εt), mean pressure head (Ψ*X), the standard deviation of pressure fluctuations (Φ*X), maximum positive pressure fluctuation coefficient (CP+), maximum negative pressure fluctuation coefficient (CP‒), total pressure fluctuation coefficient (CP) and skewness coefficient (Ad) were investigated. Pressure parameters are dependent on Fr1, the dimensionless position (Γ*X), and the submergence degree (S). The results showed that by reducing the Fr1 values, the εt parameter decreases. The Φ*Xmax value in the USBR Type II basin decreases around 30% compared to the Type I basins in free jumps. The reduction of Φ*Xmax values in the submerged jump with S=1.4 is about 29% than free jumps. The CP+max and |CP‒|max coefficients in the submerged jump with S=1.4 in comparison with free jumps decrease about 15 and 17%, respectively.