مطالعه آزمایشگاهی پارامترهای آبشستگی بالادست اریفیس مربعی تحت هد ثابت

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی

چکیده

عوامل متعددی در رسوب­شویی بالادست اریفیس نقش دارند که یکی از مهم­ترین آن­ها شکل اریفیس می­باشد. بررسی­های متعددی در زمینه آبشستگی تحت شرایط هدهای کاهشی در پشت اریفیس­ها صورت گرفته است؛ ولی در مورد شرایط هدهای ثابت، اطلاعات زیادی در دسترس نیست. در این مقاله، مکانیزم آبشستگی و پارامترهای حفره آبشستگی بالادست اریفیس مربعی تحت شرایط هد ثابت، برای ارتفاع های مختلف آب و اندازه رسوبات ریزدانه و درشت­دانه مورد مطالعه قرار گرفت. از نتایج آزمایشات مشخص شد که گردابه­های ایجاد شده در محدوده حفره آبشستگی عامل اصلی انتقال رسوبات و ایجاد حفره بوده­اند. با انجام آزمایشات بستر ثابت، محدوده تنش برشی بستر مورد مطالعه قرار گرفت. پروفیل­های بدون بعد عمق حفره آبشستگی در طول محور مرکزی اریفیس و پروفیل­های بدون بعد عمق حفره آبشستگی در مسیر عرض حفره آبشستگی در مکان­های مختلف بالادست اریفیس به دست آمده و معادلات مربوط به هرکدام محاسبه گردید که با اختلاف ناچیزی شبیه به هم به دست آمدند. الگوی جریان و مؤلفه­های سرعت در بالادست اریفیس در هر دو نوع بستر ثابت و متحرک با استفاده از دستگاه سرعت­سنج صوتی سه­بعدی (ADV) مورد بررسی قرار گرفت. هرگاه ویژگی­های جریان در نزدیکی اریفیس به اریفیس آزاد تمایل پیدا می­کرد، آبشستگی به سمت شرایط تعادل پیش می­رفت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Scour Upstream of a Square Orifice under Constant Head

نویسندگان [English]

  • Hassan Vosoughi
  • Hooman Hajikandi
Faculty of Civil Engineering, Islamic Azad University, Central Tehran branch
چکیده [English]

Orifices are historically used in different hydraulic structures for flow regulation and removal of sediments from reservoirs. The performance of orifices in drawdown flushing to increase the lifetime of dams is vital. Anayiotos et al. [1] performed extensive measurements of the velocity contours upstream of an orifice. They have reported that the shape of the velocity contours at the vicinity of the orifice becomes elliptical. Chanson et al. [2] studied the characteristics of the flow in an orifice under unsteady flow condition. Their measurement were done by means of ADV technique. Bryant et al. [3] conducted experiments to study the flow upstream of a small orifice, a large orifice, an orifice near the free surface, and multiple orifices [3]. Physical and numerical studies were conducted to quantify the scour or sediment removal upstream of orifices under a falling head [4]. One of the most important parameters affecting scour characteristics upstream of the orifices is the shape of the orifices. This paper reports the results of experiments carrie out on the mechanism of scour upstream of square orifices. Velocity profiles before and after the scour process are compared to understand the flow behavior associated with the equilibrium scour conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Square orifice
  • Scour hole
  • Acoustic Doppler Velocimeter (ADV)
  • Removal of sediment mechanism
  • Vortex action

مراجع

[1]      Fang, D., Cao, S., "An Experimental Study on Scour Funnel In Front Of A Sediment Flushing Outlet of A Reservoir", Proceedings of the 6th Federal Interagency Sedimentation Conference, Las Vegas, 1996, pp I78-I84.
[2]      Atkinson, E., ''The Feasibility of Flushing Sediments from Reservoirs'', Report OD, 137, HR Wallingford, UK, 1996.
[3]      Wen Shen, H., ''Flushing Sediment Through Reservoirs'', Journal of Hydraulic Research, 1999, 37, 6, 743-757.
[4]      Basson, G. R., Olsen, K. W., ''Modeling Flood Flushing'', Water Power and Dam Construction, 1997, 49, 6, 40-41.
[5]      Olsen, N. R. B., ''Two-Dimensional Numerical Modeling of Flushing Processes In Water Reservoirs'', Journal of Hydraulic Research, 1999, 37, 1, 3-16.
[6]      Liu, J., Minami, S., Otsuki, H., Liu, B., Ashida, K., ''Prediction of Concerted Sediment Flushing'', Journal of Hydraulic Engineering, 2004, 130, 11, 1089-1096.
[7]      Hunt, B., ''Numerical Solution of an Integral Equation for Flow from a Circular Orifice'', Journal of Fluid Mechanics, 1968, 31, 2, 361-377.
[8]      Michell, J. H., ''On the Theory of Free Streamlines'', Philosofical Transactions of the Royal Society of London, 1890, 181, A, 389-431.
[9]      Mises, R. ''Berechnung Von Ausfluss Und Uberfallzahlen'', Z ver Deuts Ing, 1917, 61, 447.
[10]    Lea, F. C., ''Hydraulics for Engineers and Engineering Students'', 6th Edition, London, 1938.
[11]    Rouse, H.,. ''Elementary Mechanics of Fuids'', Wiley & Sons, New York, 1946.
[12]    Swamee, P. K., Swamee, N., ''Discharge Equation of a Circular Sharp-Crested Orifice'', Journal of Hydraulic Research, 2010, 48, 1, 106-107.
[13]    Montes, J. S., ''Potential Flow Solution to 2D Transition From Mild to Steep Slope'', Journal of Hydraulic Engineering, 1994, 120, 5, 601-621.
[14]    Anayiotos, A. S., Perry, G. J., Myers, J. G., Green, W. G., Fan, P. H., Nanda, N. C., ''A Numerical and Experimental Investigation of The Flow Acceleration Region Proximal to an Orifice'', Ultrasound in Medicine and Biology, 1995, 21, 1, 501-516.
[15]    Chanson, H., Aoki, S. I., Maruyama, M., ''Unsteady Two-Dimensional Orifice Flow: A Large Size Experimental Investigation'', Journal of Hydraulic Research, 2002, 40, 1, 63-71.
[16]    Shammaa, Y., Zhu, D. Z., Rajaratnam, N., ''Flow Upstream of Orifices and Sluice Gates'', Journal of Hydraulic Engineering, 2005, 131, 2, 127-133.
[17]    Bryant, D. B., Khan, A. A., Nadim, N. M., ''Flow Field Upstream of an Orifice'', Journal of Hydraulic Engineering, 2008, 134, 1, 98-104.
[18]    Powell, N. P., Khan, A, A., ''Scour Upstream of a Circular Orifice under Constant Head'', Journal of Hydraulic Research, 2012, 50, 1, 28-34.
[19]    Montes, J. S., ''I Rotational Flow and Real Fluid Effects under Planar Sluice Gate'', Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 1997, 123, (3), 219-232.
[20]    Montes, J. S., ''Hydraulics of Open Channel Flow'', ASCE Press, New York, US, 1998.
[21]    Nortek., ''10 MHz ADV Precise Measurements of 3-D Fluid Flow'', Nortek AS, Norway, 2004.
[22]    Wu, W., ''Computational River Dynamics'', Taylor & Francis, Oxford, UK, 2008.
[23]    Dey, A., Barbhuiya, A. K., ''3D Flow Field in A Scour Hole at A Wing-Wall Abutment'', Journal of Hydraulic Research, 2006, 44, 1, 33-50.
[24]    Powell, N. P., ''Sediment Transport Upstream of Orifices'', PhD Thesis, Clemson University, Clemson SC, US, 2007.
 
 
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 46.2، شماره 83 - شماره پیاپی 83
تابستان 95
شهریور 1395
صفحه 61-71

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار