ارزيابي الگوي جريان و تنش برشي در قوس 90 درجه ي تند با حضور سرريز W

Flow Patterns and Shear Stress Distribution in a 90 Degree Sharp Bend with W-Weir

جريان آب پس از ورود به قوس نهرهاي خاكي تحت تاثير دو نيروي شيب عرضي فشار و گريز از مركز قرار مي‌گيرد كه باعث به وجود آمدن جريانهاي حلزوني مي‌شود. چنين الگويي عامل عمده‌ي فرسايش در قوس خارجي و رسوب گذاري در قوس داخلي است. اصلاح اين الگو با هدف كاهش فرسايش با روشهاي مختلفي امكان پذير است، كه از جمله مي‌توان به نصب سرريز W اشاره كرد. در تحقيق حاضر با اندازه‌گيري مولفه‌هاي سه بعدي سرعت در دو شرط با و بدون حضورسرريز W، تغيير الگوي جريان، و بويژه سرعتهاي عرضي و تنش برشي درقوس 90 درجه تند، بررسي شده است. نتايج مورد مطالعه نشان مي‌دهند كه حضور سرريز W باعث مي‌شود تا در بالادست محل نصب توزيع عمقي جريان يكنواختتر، و اثر دو نيروي شيب عرضي فشار و گريز از مركز به گونه‌اي اصلاح مي گردد كه جريانهاي ثانويه تشكيل نمي‌شوند. همچنين، در بالا دست محل نصب توزيع عرضي تنش برشي بي بعد بستر با حضور سرريز W نسبت به قبل از نصب سرريز يكنواختتر مي‌شود، بطوري كه در ساحل خارجي كاهش و در ساحل داخلي افزايش يافته است. نتايج اين تحقيق نشان دادند كه تنش برشي بدون بعد در حالت بدون سرريز در عدد فرود 17/0 و 4/0 به ترتيب برابر با 19/1 و 47/5 در مقطع 30 درجه مي باشد، كه با حضور سرريز W اين فراسنج در اعداد فرود و مقطع ياد شده به ترتيب مقاديري معادل 16/1 و 07/4 را دارد.

By entering flow into a bend, the flow will be affected by two forces of transverse pressure and centrifugal in which the helicoidally flow is developed. Such pattern is the main cause of erosion in outer bank and sedimentation in inner bank. Many measures have been developed which can modify the flow pattern and therefore reduce erosion. The W-weirs is among such measures. In the present paper, by measuring three components of flow velocities with and without presence of W-weir, variation of flow patterns and shear stress distribution in a 90 degree sharp bend have been investigated. The analyses of data show more uniform flow upstream of the weir and also reveal that the effect of transverse and centrifugal forces are modified in such a way that the secondary flow is diminished. The shear stress distribution upstream of the weir is more uniform in comparison to the case of no weir. The results show that shear stress in outer bank is reduced and in inner bank increased. The results show that for the case of no weir, the shear stress for Froude number of 0.17 and 0.40 in 30-degree location are 1.19 and 5.47, respectively. For the case in which a Weir exists, these values are reduced to 1.16 and 4.07, respectively.