پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

بررسی آزمایشگاهی اثر انسداد ناشی از سازه بافل مرکزی بر الگوی جریان در یک کانال مرکب مستطیلی تحت رژیم‌های مختلف جریان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب دانشگاه شهرکرد
2 گروه مهندسی عمران دانشگاه شهرکرد
3 گروه عمران، معدن و زمین شناسی، دانشکده پلی تکنیک، دانشگاه مونترال، کانادا
10.22034/iwrj.2026.14983.2641
چکیده
این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی اثر بافل مرکزی با درصد انسداد 3/33 درصد بر رفتار هیدرولیکی جریان در یک کانال مرکب مستطیلی تحت دو رژیم زیربحرانی و فوق‌بحرانی می‌پردازد. هدف اصلی، تبیین تأثیر این سازه بر مشخصات جریان با تمرکز بر پارامترهای بی‌بعد شامل عدد فرود، تغییرات پروفیل سطح آب، توزیع سرعت و نرخ استهلاک انرژی است. نتایج نشان داد که در رژیم زیربحرانی، با افزایش دبی، عمق جریان افزایش می‌یابد، اما ورود جریان به ناحیه تنگ‌شدگی بافل موجب کاهش نسبت h/b، شتاب‌گیری محسوس جریان، افت موضعی سطح آب و افزایش عدد فرود تا نزدیکی شرایط بحرانی در مقطع میانی می‌شود. در این رژیم، بافل مرکزی از طریق فرم‌درگ، تلاطم شدید، تشکیل گردابه‌ها و افت موضعی، استهلاک انرژی بالایی در محدوده 72/74 تا 78درصد ایجاد می‌کند و به‌عنوان یک مستهلک‌کننده قوی انرژی عمل می‌نماید. در مقابل، در رژیم فوق‌بحرانی، با وجود افزایش عمق و سرعت جریان با افزایش دبی، اثر بافل بر پارامترهای هیدرولیکی محدودتر و پایدارتر است. در این حالت، عدد فرود در تمام مقاطع بزرگ‌تر از یک باقی می‌ماند، اما با افزایش دبی به عدد یک نزدیک‌تر می‌شود. همچنین، با وجود کاهش موضعی نسبت h/bدر ناحیه میانی، ماهیت پرانرژی جریان مانع از افت شدید سطح آب و شتاب‌گیری قابل‌توجه می‌شود. درصد استهلاک انرژی در این رژیم در محدوده 73/25 تا 35 درصد قرار دارد که به‌مراتب کمتر از رژیم زیربحرانی است. این اختلاف عمدتاً ناشی از حفظ انرژی جنبشی جریان، غوطه‌وری نسبی سازه در دبی‌های بالاتر، جدایش جریان، تلاطم موضعی، امواج ایستابی و احتمال تشکیل پرش هیدرولیکی موضعی است. مقایسه عدد فرود نشان داد که این پارامتر در رژیم زیربحرانی در بازه 14/0 تا 25/0 قرار داشته و با افزایش دبی، روندی افزایشی اما همچنان کمتر از یک دارد، در حالی‌که در رژیم فوق‌بحرانی در بازه 09/1 تا 25/1 بوده و با افزایش دبی کاهش یافته و به شرایط بحرانی نزدیک می‌شود. در مجموع، هیدرولیک جریان در حضور بافل مرکزی به‌شدت تابع رژیم جریان حاکم است؛ به‌طوری‌که در جریان زیربحرانی، نقش غالب آن استهلاک مؤثر انرژی و در جریان فوق‌بحرانی، نقش اصلی آن تعدیل سرعت و کاهش شدت انرژی جنبشی در پایین‌دست است. این یافته‌ها می‌تواند مبنای مناسبی برای طراحی و بهینه‌سازی سازه‌های کنترل انرژی در کانال‌های مرکب مشابه فراهم آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات


مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 25 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 25 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 26 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 26 خرداد 1405