نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• پردیس زیدوند ¹
• مهدی بهداروندی عسکر ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد گروه عمران سازه های دریایی دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

² دانشیار گروه عمران سازه های دریایی دانشکده مهندسی دریا دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

چکیده

پرش هیدرولیکی یک نوع جریان متغیر سریع می‌باشد که در محیط آزاد اتفاق می‌افتد که دارای کاربردها و ویژگی های مختلف می‌باشد. وقوع پدیده پرش هیدرولیکی در کانال‌های روباز باعث کاهش سطح انرژی و تبدیل جریان فوق بحرانی به زیر بحرانی می‌گردد. تعبیه موانع با هندسه‌های مختلف بر مسیر جریان تاثیر مهمی بر عمق ثانویه پرش، کاهش طول پرش هیدرولیکی و افزایش افت انرژی جریان در طی پرش دارد. از طرفی دیگر کانال مرکب به دلیل داشتن شرایط هیدرولیکی و هندسی متفاوت در بخش‌های کانال اصلی و سیلابدشت، از انواع دیگر مقاطع شباهت بیشتری به کانال‌های موجود در طبیعت دارد. در این پژوهش به بررسی پرش هیدرولیکی در مقاطع مرکب با چیدمان زبری منظم در شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف در Flow-3D پرداخته‌ شده است. در این تحقیق عرض و عمق کانال اصلی ثابت و عرض سیلابدشت ها در دو مقدار 18 سانتی متر و 75 سانتی متر متغییر است. شبیه سازی‌ها در چهار نسبت عمق ، سه نسبت ارتفاع زبری و سه سرعت مختلف انجام شده است. زبری ها به صورت مکعب های کوچک که بطور منظم کف کانال تعبیه شده اند، قرار دارند. طبق نتایج حاصل از شبیه سازی‌ها حضور زبری ها باعث کاهش عمق ثانویه پرش نسبت به حالت بدون زبری شده است. به طوری که در عرض سیلابدشت 18 سانتی متر و نسبت عمقی 3.0، نسبت ارتفاع زبری 2 و سرعت 5.3 متر بر ثانیه به طور میانگین عمق ثانویه به مقدار 64.5 درصد نسبت به کانال بدون زبری کاهش می‌یابد. ولی افزایش عرض سیلابدشت باعث کاهش عمق ثانویه پرش در حدود 26.26 درصد شد. کمترین مقدار نسبت عمق ثانویه به اولیه پرش را در عمق نسبی 7.0 و نسبت ارتفاع زبری 2 قابل مشاهده است. همچنین ملاحظه شد که با افزایش نسبت ارتفاع زبری ها طول پرش در نسبت‌های کوچک عمقی بطور چشمگیری کاهش می‌یابد. طول پرش در کمترین مقدار نسبت ارتفاع زبری، عرض سیلابدشت 18 سانتی متر، سرعت 5.3 متر بر ثانیه و نسبت عمقی 3.0 حدود 98.10 درصد کاهش و در بیشترین مقدار نسبت ارتفاع زبری، سرعت 5 متر بر ثانیه و نسبت عمقی 3.0 حدود 37.47 درصد کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش عرض سیلابدشت در یک نسبت ارتفاع زبری ثابت طول پرش کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

• بررسی عددی
• مقاطع مرکب مستطیلی
• کف زبر
• چیدمان منظم
• نرم افزار Flow-3D

موضوعات

• سازه های آبی

عنوان مقاله [English]

Investigation of hydraulic jump in compound channels with regular roughness arrangement in different geometric and hydraulic conditions

نویسندگان [English]

• pardis zeydvand ¹
• مهدی behdarvandi askar ²

¹ Graduated of Offshore Structures, Department of Offshore Structures, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Science and Technology

² Associate Professor, Department of Offshore Structures, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Science and Technology

چکیده [English]

Hydraulic jump is one of the important phenomena in hydraulic science and it is classified among fast variable flows. This phenomenon enables the consumption of excess water energy downstream of hydraulic structures such as overflows, rapids, and valves. In general, hydraulic jump has a characteristic in which the excess kinetic energy of the flow is lost. This important feature is used as an energy absorber downstream of overflows, valves, rapids, etc. Due to the importance of hydraulic jump in the last seventy years, it has been widely studied and comprehensive information has been published. The aim of these studies was to better understand the jumping mechanism and create relationships to predict its characteristics such as the length of the jump, the depth of the required footing, the amount of energy consumption, the distribution of the flow velocity, pressure fluctuations and the profile of the water level during the jump. Accurate estimation of these characteristics has helped to design more economical and safer energy consuming structures.Method: In this research, the hydraulic jump in the compound channel with floor roughness has been investigated using Flow 3D software. In this simulation, the composite cross-section is rectangular-rectangular with a length of 12 m, which consists of two sections, the main channel and the floodplain. The depth and width of the main channel are considered constant. The simulations are performed in two width ratios (wr), four relative depths (Dr) and three different roughness height ratios (nr). All simulations are performed at three different speeds. The arrangement of floor roughness is regular. The roughness of the floor is in the form of small cubes, which are located at a distance of 1 meter from the beginning of the channel. The depth and width of the roughness of the bottom of the main channel and flood plains are 6 cm. The height of the roughness of the bottom of the main channel is considered to be 3 cm, but the height of the roughness of the flood plains is 3, 6 and 9 cm according to the defined proportions. The distance between each roughness on the bottom of the main channel is 3 cm and the distance between each roughness on the bottom of the flood plains is 2 cm. The distance between each roughness group is 0.15 meters. Boundary conditions were applied on 6 cubic faces of the solution grid. The boundary conditions used in the simulation are such that the upstream boundary is in the form of flow velocity, the downstream boundary is in the form of outlet, the ymin side wall boundary is in the form of a wall (right floodplain), the ymax side wall boundary is in the form of a wall (left floodplain). the border of the side wall of the main channel was chosen symmetrically, the border at the bottom of the main channel and floodplains was chosen as a wall, and the border at the water level was chosen symmetrically.

Results: According to the results of the simulations, the presence of roughness has reduced the secondary depth of the jump compared to the case without roughness. So that in Silabdasht width of 18 cm and depth ratio of 0.3, roughness height ratio of 2 and speed of 3.5 m/s, the average secondary depth is reduced by 5.64% compared to the channel without roughness. But the increase in the width of the floodplain caused a decrease in the secondary depth of the jump by about 26.26%. The lowest value of the secondary to primary depth ratio of the jump can be seen in the relative depth of 0.7 and the roughness height ratio of 2. It was also observed that with the increase in the ratio of the height of the roughness, the length of the jump decreases significantly in small depth ratios. The length of the jump is reduced by about 10.98% in the lowest value of the roughness height ratio, the width of the flood plain is 18 cm, the speed is 5.3 m/s and the depth ratio is 0.3, and it is reduced by about 47.37% in the highest value of the roughness height ratio, the speed is 5 m/s and the depth ratio is 0.3 find Also, with the increase in the width of the floodplain, the jump length decreases in a constant roughness height ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

• Numerical investigation
• rectangular compound channels
• rough floor
• regular arrangement
• Flow-3D software