بررسي آزمايشگاهي ضريب تخليه در آبگيرهاي كفي مشبك با ميله‌هاي متقاطع

Experimental Investigation of Discharge Coefficient in Mesh Panel Bottom Intakes

آبگيرهاي كفي سازه‌هاي فلزي مشبكي هستند كه به‌‌منظور انحراف آب در بستر جريان نصب مي‌شوند. به‌كارگيري اين سازه‌ها يكي از روشهاي مطمين و كارآمد در آبگيري از رودخانه‌هاي كوهستاني با شيب تند و بار بستر درشت دانه به‌شمار مي‌رود. يكي از شكلهاي آبگيرهاي كفي كه تاكنون كمتر مورد توجه قرار گرفته، آبگير كفي ساخته شده از شبكه متقاطع ميله‌هاي طولي و عرضي است. اين شكل خاص كه آبگير كفي با ميله‌هاي متقاطع ناميده مي‌شود، نسبت به آبگير كفي با ميله‌هاي طولي و يا آبگير كفي با ميله‌هاي عرضي، به‌لحاظ سازه‌اي عملكرد بهتري در مقابل نيروهاي وارده دارد. در اين پژوهش تعداد 3 كف مشبك از ميله‌هاي طولي و عرضي متقاطع با درصد بازشدگي‌هاي مختلف ساخته شد و در فلومي با شيب‌هاي متفاوت نصب گرديد. در مجموع 81 سري آزمايش با عبور دادن دبي‌هاي مختلف آب زلال و طولهاي متفاوت سازه كف مشبك انجام گرفت. در هر سري آزمايش، دبي منحرف شده توسط كف مشبك (Qd) و دبي باقيمانده در كانال (Qr) توسط يك كانال دو طبقه مجهز به دو عدد سرريز لبه تيز مستطيلي كاليبره شده، قرايت گرديد. سپس ضريب تخليه اين نوع كف مشبك تحت تاثير پارامترهاي مختلف هيدروليكي و هندسي مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور ابتدا با استفاده از آناليز ابعادي، رابطه بي‌بعدي بين متغير وابسته و متغيرهاي مستقل استخراج شد و سپس بين داده‌هاي حاصل از 81 سري آزمايش، روابط مختلف خطي و غيرخطي برازش داده شد و در انتها بر مبناي معيارهاي آماري موجود، مناسب‌ترين رابطه برازنده داده‌هاي آزمايشگاهي انتخاب گرديد. در نهايت عملكرد هيدروليكي نوع جديد آبگير كفي با نوع مرسوم آبگيرهاي كفي داراي ميله‌هاي طولي، از طريق محاسبه دبي منحرف شده توسط هركدام در شرايط يكسان، مقايسه گرديد.

Bottom racks is a hydraulic structure which is placed in the bed of stream through which, part of flow in the main channel is diverted. These structures have very wide application in industry, irrigation, drainage and etc. Of course much attention had been paid to the study of such structures, but characteristics of flow through bottom racks are complex. The present study was directed to estimate the discharge coefficient of a new kind of bottom racks including both transverse and longitudinal bars that named "mesh panel racks" without considering any solids in the fluid. This kind of bottom intake has advantages from structural point of view and has less deformation under static and dynamic loads. Laboratory setup with three mesh panel intakes was built and the effects of various parameters such as racks slope, porosity and geometry were explored. A dimensional analysis using Buckingham theory showed the effective hydraulic and geometric factors that affect the discharge coefficient (Cd) of bottom racks. Then, a statistical approach to determine the discharge coefficient of a rack structure was developed with linear and nonlinear regression using SPSS software. The efficiency of the proposed technique is high enough that the associated error is limited to 10%. Finally, hydraulic performance of mesh panel intakes was compared with regular type of bottom intakes, which consist of longitudinal bars. For this purpose, diverted discharge through both type of intakes calculated in same situation.