تاثیر جت و زبری مثلثی بر مشخصات پرش هیدرولیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی، دانشگاه بیرجند، ایران

2 هیأت علمی گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه بیرجند

چکیده

در این تحقیق روش جدیدی جهت به‌دست‌آوردن پارامترهای هیدرولیکی اعماق مزدوج، طول پرش هیدرولیکی پیشنهاد شده است که در آن از خصوصیات یک جت آبی مستطیلی آزاد سریع و زبری کف برای اثربخشی بر مشخصات پرش استفاده گردیده است که برخورد جت به پرش و انتقال اندازه حرکت به آن مشخصات و موقعیت پرش را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.

در آزمایش آزمایشگاهی با استفاده از مجموعه‌ای از آزمایش‌ها در کانال مستطیلی با جداره‌های تمام شیشه‌ای به طویل 12 متر وعرض 3/0 متر وارتفاع 5/0 متر انجام گرفت. در روش مستقیم با استفاده از متر پارچه ای که در جداره های فلوم نصب بود عمق و طول پرش خوانده و در روش غیر مستقیم به کمک دوربینی با قدرت وضوح بالا و سپس با استفاده از نرم افزار گرافر عمق جریان اندازه گیری شد. با هدف ارزیابی تآثیر دبی، زاویه جت و زبری کف بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی از سه دبی جت 2، 5/2، 3 لیتر بر ثانیه جت در زاویه حد اقل و حد اکثر جابجای و زاویه بر خورد جت در ابتدایی پرش هیدرولیکی و از دو ارتقاع دو فاصله زبری استفاده شد.

این پژوهش نشان می‌دهد که در زاویه مشخص از برخورد جت به پرش هیدرولیکی هیچ‌گونه جابه‌جایی در پرش ایجاد نمیشود که این زاویه را به‌عنوان زاویه بی‌اثر نام‌گذاری شد و با افزایش زاویه جت پرش به سمت بالادست حرکت می‌کند و از یک زاویه به بعد پرش هیچ‌گونه حرکتی به سمت بالادست ندارد که این زاویه به‌عنوان زاویه حداکثر جابه‌جایی نام‌گذاری گردید تغییر در زاویه و دبی جت موجب کم‌شدن یا افزایش، طول پرش، عمق ثانویه، افت انرژی نسبی، طول پرش و نیروی تنش برشی بس‌تر گردید. استفاده از جت با کمترین عدد فرود (5/6) جریان، حد اکثر زاویه 129 درجه، دبی جت 3 لیتر بر ثانیه و زبری مثلثی عمق ثانویه به میزان 21 درصد، محل بر خورد جت ابتدایی پرش، و نسبت حالت بدون جت و بستر صاف گردید. با استفاده از دبی جت 3 لیتر بر ثانیه، با زاویه 63 درجه، کمترین عدد فرود، موجب 96/20 درصد افزایش، نسبت عمق ثانویه نظر به حالت بدون جت، و بستر صاف شد. بکار گیری جت 3 لیتر بر ثانیه، عدد فرود حد اکثر و زاویه بزرگتر از زاویه بی اثر 145 درجه بیشترین کاهش طول نسبی در حدود 16/30 درصد نظر به بستر صاف و بدون جت می باشد. و در زاویه 60 درجه با حد اکثر عدد فرود، دبی جت 3 لیتر بر ثانیه به میزان 4/22 در صد کاهش نموده، بیشترین افت نسبی انرژی در حالی که دبی جت حداقل، عدد فرود حد اقل و زاویه‌ 64 درجه نظر به حالت بستر صاف و زبری بدون جت به میزان 20 درصد، همچنین، بیشترین مقدارکاهش افت نسبی انرژی نسبت به حالت بدون زبری، دبی جت حداکثر، عدد فرود حدا قل و زاویه‌ای 145 درجه نسبت به حالت بدون جت و زبری به میزان 76/25 درصد نمود، نهایتآ با استفاده جت با زاویه کمتر از زاویه بی اثر وبیشتر از زاویه بی اثر به ترتیب موجب کاهش و افزایش ضریب نیروی برشی شد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of jet and triangular roughness on hydraulic jump characteristics

نویسندگان [English]

  • Sherinmullah joyan 1
  • Mehdi Dastourani 2
  • Yousef Ramezani 2
1 Masters student in hydraulic structures, University of Birjand
2 Department of Water Eng. University of Birjand
چکیده [English]

Background and Objective: Hydraulic jump occurs in an open channel when supercritical flow exists upstream and subcritical flow downstream, resulting in significant energy dissipation. This study proposes a novel method for determining hydraulic parameters such as conjugate depths and jump length, utilizing the characteristics of a fast, free rectangular water jet and bottom roughness to influence the jump’s characteristics and position. The interaction of the jet with the jump and the transfer of momentum impacts the jump’s features and location.

Materials and Methods: In this study, a series of laboratory experiments were conducted in a rectangular channel with glass walls, length 12 meters , width 0.3 meters, and height 0.5 meters. The length and depth of the jump were measured using both direct and indirect methods. In the direct method, the jump depth and length were measured using a fabric meter attached to the channel walls, while in the indirect method, a high-resolution camera and Grapher software were used to measure the flow depth. To evaluate the effects of discharge, jet angle, and bottom roughness on the hydraulic jump characteristics, by three different jet discharges of 2, 2.5, and 3 liters per second were tested at minimum and maximum jet deflection angles and jet impact angles at the beginning of the hydraulic jump. Additionally, two roughness heights and two distances were tested.

Results: This research indicates that at a specific angle of jet impact on the hydraulic jump, no displacement occurs, referred to as the "ineffective angle." As the jet angle increases, the jump moves upstream until a certain angle is reached, beyond which no further upstream movement occurs, termed the "maximum displacement angle." Changes in jet angle and discharge led to variations in jump length, secondary depth, relative energy loss, jump length, and bed shear force. The use of a jet with the lowest Froude number (6.5), a maximum angle of 129 degrees, a discharge of 3 liters per second, and triangular roughness resulted in a 21 percent increase in secondary depth, the location of initial jet impact, and the ratio compared to the condition without a jet and with a smooth bed. Using a 3-liter-per-second jet with a 63-degree angle and the lowest Froude number increased the secondary depth by 20.96 percent compared to the condition without a jet and with a smooth bed. Employing a 3-liter-per-second jet, with the maximum Froude number and an angle greater than the ineffective angle of 145 degrees, resulted in a 30.16% reduction in relative jump length compared to a smooth bed and without a jet. At a 60-degree angle with the maximum Froude number, a 3-liter-per-second jet discharge reduced the relative energy loss by 22.4 percent. The maximum relative energy loss occurred with the minimum jet discharge, the minimum Froude number, and a 64-degree angle, showing a 20 percent reduction compared to the smooth bed condition without roughness and jet. Finally, using a jet with an angle smaller than the ineffective angle and larger than the ineffective angle resulted in a decrease and increase in the bed shear force coefficient, respectively.

Conclusion: Applying a jet to the hydraulic jump with an angle greater than the ineffective angle increases energy loss, reduces jump length, and decreasing in the conjugate depth ratio and bed shear forces in the channel

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic jump
  • Water jet
  • Triangular roughness
  • Minimum angle and Maximum angle
  • Jump length

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 03 اسفند 1403
  • تاریخ دریافت: 23 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری: 01 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش: 03 اسفند 1403