بهینه ‏سازی ژئومتریک مدل سرریزهای پلکانی

محورهای موضوعی :

امین رستمی راوری ¹ (دانشجوی دکتری سازه های آبی، دانشگاه آزاد اسلامی تهران، واحد علوم و تحقیقات)
حبیب موسوی جهرمی ² (عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی تهران، واحد علوم و تحقیقات)

تاریخ دریافت : 1387/07/16 تاریخ پذیرش : 1387/10/14 تاریخ انتشار : 1387/08/01

کلید واژه: سرریز پلکانی, افت نسبی انرژی, بهینه‏سازی ژئومتریک, مدل‏های فیزیکی و هیدرولیکی,

چکیده مقاله :

سرریزهای پلکانی یکی از انواع سرریزها هستند که به صورت پله هایی از نزدیکی تاج سرریز شروع شده و تا پاشنه پایین دست سرریز ادامه دارند. کاربرد این سرریزها امروزه بیشتر به دلایل تأثیر قابل ملاحظه پله ها در میزان استهلاک انرژی و اقتصادی بودن آن است. این سرریزها به دلیل هوادهی و پالایش آب در طول سرریز، در کشاورزی نیز کاربرد دارند. در این تحقیق، با ساخت 10مدل سرریز پلکانی، از سرریز بدون پلکان تا سرریز پلکانی با31 پله درون فلوم آزمایشگاهی، سعی گردید تا با آنالیز نتایج به دست آمده از آزمایشات بر روی مدل ها، تأثیر پارامترهای مختلف مانند عدد فرود و عدد رینولدز بر افت نسبی انرژی در مدل سرریز پلکانی به دست آید. به همین منظور، با آنالیز داده ها و مشخص شدن پارامترهای مؤثر در این رابطه از جمله:(عمق بحرانی)،(ارتفاع سرریز)،(تعداد پلکان)، (زاویه سرریز)، و هم چنین(به ترتیب ارتفاع پلکان و پیش آمدگی پلکان) و با استفاده از تکنیک بی بعد کردن پارامترها چندین کمیت مشخص شد. سپس با بررسی اثر و تجزیه و تحلیل آن ها، از جمله این که در مدل های مورد مطالعه بیشترین میزان افت انرژی در تعداد 15 پله رخ می داد، پارامترهای مؤثر در بهینه سازی ژئومتریک سرریزهای پلکانی که اثر هندسی و هیدرولیکی داشتند، به صورت ارتباط بین نسبتیا (کمیت های ژئومتریک) با نسبت ارایه گردید. در ادامه با در نظر گرفتن پارامترهای به دست آمده و خصوصیات سرریز 15 پله، معادله بهینه ژئومتریک سرریزهای پلکانی ارایه گردید.

چکیده انگلیسی:

Stepped spillways are consist of some steps, which started from top crest of weirs to the down stream of spillways. These structures is used now because of their efficiency in dissipating energy of flow, and their benefits in economical aspects. This kind of spillways are also used in agriculture because of air entrance along them and natural purification of water. This study was carried out to find a mathematical model for estimating the relative dissipation of energy by making 10 physical models of stepped spillways in a laboratory flume. The models were built up to 31 steps, and data was collected by passing many different discharges through them. Effective parameters such as: a, N, Hdam, Yc, and (h, l) were obtained by data analysis and then some important and effective dimensionless parameters for geometric optimization of the stepped spillways were found using a dimensionless technique and analyzing the results. There was a relation between the relative dissipating energy and some dimensionless parameters like yc/h, Hdam/yc. Results showed that the best physical model for dissipating the energy was 15 step spillway. Finally, the geometric optimized formula were proposed for mentioned spillway by analyzing the obtained parameters.

منابع و مأخذ:

1- احمدیار، د. و ا. بیات.1372. بررسی تأثیر شیب کف پله‏ها در سرریزهای پلکانی. مجله دانشگاه امیر کبیر، سال6، شماره 22، 146 - 54 .

2- سلماسی، ف. 1382. الف. هیدرولیک رژیم ریزشی جریان از روی سرریزهای پلکانی. مجله علمی پژوهشی دانشگاه شهید چمران اهواز، 56-32.

3- سلماسی، ف. 1382 ب. بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی از روی سرریزهای پلکانی، ششمین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، جلد 3، هیدرولیک و منابع آب، 35-27.

4- یزدانی، ع. 1377. بررسی تأثیر شیب نمای سرریز پلکانی براستهلاک انرژی. مجله بین‏المللی علوم مهندسی، سال 9، شماره 5، 13-1.

5. Anonymous. 1961. Aerated flow in open channels. Journal of Hydraulic Engineering 87(3): 73-82.

6. Boes, R. M. 2000. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering 125(4):860-863.

7. Chamani, M. R. and Rajaratnam, N. 1999. Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering 125(4): 361-368.

8. Chanson, H. 1994a. Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes. Journal of Hydraulic Research 32(2): 213-218.

9. Chanson, H. 1994b. Jet flow on stepped spillways, Discussion. Journal of Hydraulic Engineering 20(2):441-442.

10.  Chanson, H. 1994c. Hydraulic design of stepped channels and spillways. The University of Queensland. Report No.CH43/94.

11. Christodoulou, G. C. 1993.Energy dissipation on stepped spillways, Journal of Hydraulic Engineering 119 (5): 644-649.

12. Rajaratnam, N. 1990. Skimming flow in stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering 116(5):587-591.