توزیع سرعت و آشفتگی جریان دوفازی آب و هوا در کانال های سیلابروی پلکانی
محورهای موضوعی : مدیریت آب در مزرعه با هدف بهبود شاخص های مدیریتی آبیاریمحمدرضا بهشتی 1 , امیر خسروجردی 2 , حسین صدقی 3 , سید محمود برقعی 4
1 - دانشجوی دکتری سازه‌های آبی؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات؛ تهران؛ ایران
2 - استادیار و عضو هیئت علمی؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات؛ تهران؛ ایران
3 - استاد و مدیر گروه؛ گروه علوم و مهندسی آب؛ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات؛ تهران؛ ایران
4 - استاد و عضو هیئت علمی گروه مهندسی عمران؛ دانشگاه صنعتی شریف؛ تهران؛ ایران
کلید واژه: آستانه شروع هوادهی, شدت آشفتگی جریان, کانال سیلابرو پلکانی, کاوشگر الکتریکی,
چکیده مقاله :
حفاظت خاک در برابر فرسایش سیلابی برای بهره برداری بهینه از منابع آب و خاک بسیار ضروری است. یکی از روشهای ساختمانی موثر و کارآمد در تخلیه سیلاب در مناطق پرشیب شهری، استفاده از کانالهای سیلابروی پلکانی می باشد. مشخصه عمده جریان عبوری از کانالهای سیلابرو ی پلکانی، وجود تلاطم بسیار شدید و هوادهی سطحی زیاد می باشد که در اغلب مطالعات صورت پذیرفته، خصوصیات آشفتگی و تلاطم جریان بطور کامل مورد بررسی و ارزیابی قرار نگرفته است. در این تحقیق، جریان کاملاً متلاطم آب وهوا بر روی مدل فیزیکی نسبتاً بزرگ مقیاس از سرریز پلکانی بصورت سیستماتیک مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. مطالعه آزمایشگاهی حاضر شامل اندازه گیری های مربوط به ویژگی های جریان آب- هوا در رژیم های مختلف جریان بر روی مدل تنداب پلکانی(متر 10/0 = l ، متر 04/0= h ،◦8/21 =θ)، بر روی موقعیت آستانه شروع هوادهی طبیعی جریان، پروفیل های سرعت و نیز شدت آشفتگی جریان می باشد. برای انجام اندازه گیری های مربوط به تعیین پروفیل سرعت و پارامتر شدت آشفتگی در امتداد جریان دوفازی عبوری از سرریز، از دستگاه کاوشگر الکتریکی دو سوزنه که توسط نویسندگان، طراحی، توسعه و واسنجی شده است، استفاده گردید. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که مشخصه های تلاطم در نواحی مختلف از عمق جریان بر روی پله ها متفاوت می باشند. بطور کلی، نتایج نشان داد که 1- پارامتر شدت تلاطم در مجاورت کف پله و در زیر لایه لزج بسرعت افزایش یافته و در محدوده ناحیه میانی(5/0≤ y/dc ≤ 4/0) به حداکثر مقدار خود می رسد و سپس در ناحیه فوقانی از عمق جریان بتدریج کاهش می یابد 2-توزیع قائم سرعت در جهت جریان از قانون توانی پیروی می کند و در مجاورت سطح آزاد جریان به بیشینه مقدار خود خواهد رسید 3- تشدید تلاطم در ناحیه میانی از عمق جریان ناشی از تغییر شکل ها و اصلاحات پیوسته در ساختار سطحی جریان آب- هوا می باشد.
Soil conservation against flood erosion is very important for optimal use of soil and water resources. Stepped floodway channels are one of the essential structural approaches for soil protection against flood flows in high slope lands at urban areas. In these channels flows are characterized by intense turbulence and strong flow aeration, but most studies did not investigate the turbulence characteristics. In this study, highly turbulent airwater flows skimming down a large-size stepped chute were systematically investigated. An experimental study of detailed air-water flow properties measurements were introduced in different types of flow regimes on a stepped channel (θ = 21.8º, 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 was designed, developed and calibrated by writers. The results showed that the turbulence characteristics vary in different regions. The study showed further that the turbulence intensity increases rapidly close to the step bottom at the viscous sub layer and maximized for 0.4≤ y/dc ≤ 0.5 at intermediate region then decreases gradually in the upper region. It is hypothesized that the high turbulence levels in the intermediate region were caused by the continuous deformations and modification of the air-water interfacial structure.