ارزيابي آزمايشگاهي توزيع پارامترهاي آشفتگي جريان دوفازي آب و هوا بر روي سرريزهاي پلكاني

Experimental Evaluation of Turbulence Parameters Distribution in Two Phase Air-water Flows on Stepped Spillways

مشخصه عمده جريان عبوري از سرريزهاي پلكاني، وجود تلاطم شديد و هوادهي سطحي زياد مي‌باشد كه در اغلب مطالعات صورت پذيرفته، خصوصيات تلاطم جريان بطور كامل مورد بررسي و ارزيابي قرار نگرفته است. در اين تحقيق، جريان متلاطم آب و هوا بر روي مدل فيزيكي نسبتاً بزرگ مقياس از سرريز پلكاني بصورت سيستماتيك مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. مطالعه آزمايشگاهي حاضر شامل اندازه‌گيري‌هاي مربوط به ويژگي‌هاي جريان آب- هوا در رژيم‌هاي مختلف جريان بر روي مدل تنداب پلكاني (?8/21 =?، m04/0= h، m1/0( l=، تعيين نقطه شروع هواگيري و عمق جريان در اين نقطه، پروفيل‌هاي سرعت و نيز شدت آشفتگي جريان مي‌باشد. اندازه‌گيري‌هاي مربوط به تعيين پروفيل سرعت و پارامتر شدت آشفتگي در امتداد جريان دوفازي عبوري از سرريز، توسط دستگاه كاوشگر الكتريكي دو سوزنه كه در اين تحقيق، طراحي، توسعه و واسنجي شده است، انجام گرديد. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه مشخصه‌هاي تلاطم در نواحي مختلف از عمق جريان بر روي پله‌ها متفاوت مي‌باشند. به‌طور كلي، نتايج نشان داد كه 1- پارامتر شدت تلاطم ‌در مجاورت كف پله و در زيرلايه لزج به‌سرعت افزايش يافته و در محدوده ناحيه مياني (5/0? y/dc ? 4/0) به حداكثر مقدار خود مي‌رسد و سپس در ناحيه فوقاني از عمق جريان به‌تدريج كاهش مي‌يابد 2-توزيع قايم سرعت در جهت جريان از قانون تواني پيروي مي‌كند و در مجاورت سطح آزاد جريان به بيشينه مقدار خود خواهد رسيد 3- تشديد تلاطم در ناحيه مياني از عمق جريان، ناشي از تغييرات پيوسته در سطح مشترك جريان آب- هوا مي‌باشد.

Stepped chute flows are characterized by intense turbulence and strong aeration, but in most studies the turbulence characteristics are not investigated thoroughly. In this study, a highly turbulent air-water flow skimming down a large-size stepped chute has been investigated systematically. An experimental study of detailed air-water flow characteristic measurements was established for different types of flow regimes on a stepped chute (? = 21.8?, h=0.04m, l=0.10m) model to investigate the location and the flow depth at inception point of air entrainment and velocity profiles distributions. Detailed velocity and turbulence intensity measurements in flow direction were performed by use of a phase detection conductivity probe which had been designed, developed and calibrated before. The results showed that the turbulence characteristics varied in different regions. The study showed further that 1- the turbulence intensity increased rapidly close to the step bottom at the viscous sub layer and maximized at intermediate region (0.4? y/dc ? 0.5) then decreased gradually in the upper region. 2- The vertical distribution of the velocity in flow direction followed-up a power law and the velocity reached to its maximum value, near the flow’s free surface. 3- The high turbulence levels in the intermediate region of the flow depth were caused by the continuous deformations and modification of the air-water interfacial structure.