بررسی اثر تغییرات بازشدگی روی نقطه جدایش، اندازه دنباله و توزیع سرعت در سرریز- دریچه استوانه ای مستغرق

چکیده سابقه و هدف: ترکیب سرریز و دریچه سازه جدیدی به‌وجود می‌آورد که می‌تواند برخی از نواقص استفاده جداگانه آن‌ها را برطرف کند به طوری که مواد معلق از رو و مواد قابل ته‌نشین شدن از زیر عبور نموده و همچنین با حرکت در راستای قائم و ایجاد بازشدگی‌های متفاوت و متناسب با تغییرات جریان ورودی، سطح آب را به شیوه بهتر و دقیق‌تری کنترل و هد آب ثابتی را برای کانال جانبی تنظیم نماید. یکی از انواع سرریز- دریچه نوع استوانه‌ای آن است که دارای مزایایی چون ضریب دبی بالا و افت کمتر نسبت به موارد جایگزین است. تحقیقات انجام گرفته توسط محققین قبلی روی سازه مذکور که همگی از جنبه هیدرولیکی بوده است اشاره دارد در مدل ترکیبی سرریز – دریچه استوانه‌ای، ضریب دبی در هریک از بخش ‌های سرریز و دریچه ( ضریب دبی مهم‌ترین پارامتر هیدرولیکی در طراحی سرریز- دریچه می باشد) نسبت به کاربرد جداگانه آن‌ها کاهش می‌یابد. از طرفی علاوه بر پارامترهای هیدرولیکی موثر بر ضریب دبی که قبلا توسط محققین پیشین به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته است، پدیده‌های هیدرودینامیکی مانند جدایش جریان، ریزش گردابه، محل همگرایی لایه برشی عبوری از دو طرف سازه و... که به‌دنبال هیدرواستاتیک نبودن فشار روی بدنه سازه هنگام عبور جریان به‌وجود می‌آیند، می توانند نقش بسزا و تعیین کننده ای بر ضریب دبی، آبگذری و سایر خصوصیات جریان عبوری داشته باشند. لذا به منظور بررسی تغییرات نقطه جدایش در روی سازه و زیر سازه، محل وقوع همگرایی لایه مرزی جداشده از دو طرف، پروفیل سرعت در رو و پایین دست سازه و همچنین اندازه دنباله با تغییرات میزان بازشدگی، آزمایشاتی با استفاده از تکنیک سرعت سنجی ذرات به روش تصویر برداری(PIV) انجام، نتایج بررسی و تحلیل شد. مواد روش‌ها: آزمایش‌ها در آزمایشگاه هیدرودینامیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه چکوروا ترکیه، با استفاده از تکنیکPIV روی استوانه ای با قطر 50 میلی‌متر و پنج بازشدگی متفاوت 1/0- 5/0 قطر انجام شد.. برای کلیه آزمایش‌ها، عمق آب بالادست و سرعت ورودی ثابت و برابر با 150 میلی‌متر و 58/0 متر بر ثانیه بود. یافته‌ها و نتیجه‌گیری نتایج نشان داد برای تمام نسبت‌های باز شدگی دریچه به قطر سازه، محل وقوع جدایش جریان از بدنه سازه در قسمت دریچه و سرریز متفاوت بوده و در حالت دریچه جدایش زودتر رخ می‌دهد به طوری که در محدوده آزمایش‌ها بیشترین و کمترین اختلاف زاویه انحراف جدایش سرریز و دریچه از همدیگر 40، 3 درجه می‌باشد. با افزایش بازشدگی از 1/0 قطر به 4/0 فاصله افقی نقطه وقوع همگرایی دو لایه مرزی جداشده نسبت به سازه کمتر می‌شود و همچنین افزایش بازشدگی سبب نوسانات در راستای عمودی محل وقوع نقطه همگرایی شده که در محدوده بازشدگی‌های این تحقیق محل وقوع نقطه ، بین 1/0 تا 15/0 قطر نسبت به محور افقی عبوری ازمرکز استوانه انحراف قائم داشته و در تمام حالت ها زیر محور مذکور قرار می‌گیرد. برای تمام بازشدگی‌ها تا فاصله‌ای به اندازه قطر سازه از پشت سرریز- دریچه، پروفیل سرعت در راستای محور ( ) و ( ) شدیدا تحت تاثیر عوامل هیدرو دینامیکی است. در روی سرریز- دریچه با افزایش زاویه از صفر تا 90 درجه( با حرکت به سمت تاج) نسبت سرعت ماکزیمم به سرعت ورودی افزایش یافته به طوری که در تاج حدود 27 درصد نسبت به نقطه صفر افزایش مشاهده می‌گردد ولی بعد از تاج دچار نوسانات افزایش و کاهش می-گردد و این نوسانات در بازشدگی برابر با نصف قطر سبب می‌شود تا مقدار بی بعد سرعت ماکزیمم به سرعت ورودی در نزدیکی نقطه جدایش، حدود 17 درصد نسبت به تاج کاهش یابد.