بررسی الگوی جریان و کنترل رسوب در آبگیرها با کاربرد صفحات مستغرق و آبشکن

در این تحقیق استفاده همزمان از دو سازه آبشکن و صفحات مستغرق برای کاهش حجم رسوبات وارد شده به آبگیر جانبی مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعه الگوی جریان نیز به دو صورت عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته است. در شبیه سازی ریاضی ابتدا با استفاده از نرم افزار گمبیت (gambit) ابعاد مدل و گره های مورد نیاز تولید و با اعمال شرایط مرزی در مدل هیدرودینامیک فلوئنت (fluent) حل شده است. پردازش اطلاعات خروجی از فلوئنت با استفاده از نرم افزار تک پلات (tecplot) انجام شده است. اثر پارامترهای نسبت دبی آبگیری (qr)، طول آبشکن(ld)، فاصله آن از مقابل آبگیر(li) و زاویه آن با جریان در کانال اصلی (?) بر روی کنترل رسوب ورودی به آبگیر مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها برای سه نسبت آبگیری 13/0، 18/0 و 24/0 انجام شده است. طول آبشکن های بکار رفته 15، 20 و 25 سانتیمتر با زوایای قرارگیری 45، 90 و 135 درجه با جهت جریان اصلی بوده است. همچنین مکان قرار گیری آبشکن ها در سه موقعیت0، b و b2 (b عرض کانال آبگیر) از خط مرکزی کانال اّبگیر بوده است. ابعاد، تعداد و آرایش صفحات مستغرق ثابت، و بر اساس مقادیر توصیه شده طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. استفاده از صفحات مستغرق باعث ایجاد جریان چرخشی و دور کردن رسوبات از دهانه آبگیر و نتیجتا باعث کاهش حجم ورود رسوبات به آبگیر می شود. به منظور هدایت جریان به سمت آبگیر و افزایش کارآیی صفحات، از تک آبشکن در دیواره مقابل آبگیر در کانال اصلی استفاده شده است. همچنین برای مطالعه الگوی جریان بستر کانال اصلی و آبگیر پس از رسیدن به تعادل دینامیکی با روش های مناسب صلب شده است به طوری که امکان حرکت رسوبات پس از برقراری جریان وجود نداشته باشد. ارتفاع رسوبات کف بوسیله بستر نگار خودکار در محدوده 4 متری و در فواصل طولی5 سانتیمتر و فواصل عرضی به 10 سانتیمتر اندازه گیری شده است. مولفه های سرعت جریان آشفته در سه بعد (u,v,w) بوسیله دستگاه سرعت سنج وکترینو در 5 نقطه از عمق و در فواصل طولی و عرضی 10 سانتیمتر اندازه گیری شده است. تعداد کل آزمایش های انجام شده در کنترل رسوب و الگوی جریان 99 مورد بوده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نصب آبشکن و صفحات مستغرق نشان می دهد که مقدار سرعت جریان در نزدیک کف کانال آبگیر افزایش می یابد و هدایت جریان به سمت آبگیر بیشتر شده است. همچنین مقدار عرض صفحه جدایی جریان در کانال اصلی کاهش می یابد که می تواند منجر به کاهش ورود رسوبات به آبگیر گردد. با نصب آبشکن و صفحات، ناحیه پر سرعت جریان در نواحی نزدیک بستر افزایش پیدا می کند. افزایش سرعت جریان در نزدیک بستر صلب می تواند منجر به انتقال رسوبات وارد شده به آبگیر به سمت پایین دست گردد که این امر به عدم انسداد آبگیر در اثر انباشت رسوبات کمک می کند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که کارآیی صفحات با احداث آبشکن در ضلع مقابل آبگیر افزایش پیدا کرده و مقدار ورود رسوبات به آبگیر کاهش پیدا می کند. میزان رسوبات ورودی به آبگیردر نسبت آبگیری 13/0 نقریباً به صفر نیز رسیده است. در بررسی تغییرات مقدار حجم رسوبات انباشته شده در آبگیر با طول آبشکن بدون در نظر گرفتن اثر سایر پارامترها و با طول آبشکن b 2/0 (b عرض کانال اصلی)، نسبت به آبشکن با طول b 15/0، مقدار ورود رسوبات به آبگیر 53 درصد کاهش یافته است. ضمنا با طول آبشکن b 25/0، مقدار ورود رسوبات به آبگیر تا 81 درصد کاهش می یابد. بررسی ها نشان می دهد که طول ناحیه جدایی جریان در داخل آبگیر با افزایش مقدار دبی انحرافی به آبگیر کاهش پیدا می کند. بررسی های آزمایشگاهی نشان می دهد با نصب آبشکن در مقابل آبگیر، عرض خط جدایی جریان در کف کاهش، و در سطح افزایش می یابد که با این عمل ناحیه تحت تاثیر آبگیر در کف کاهش یافته و مقدار ورود رسوبات به آبگیر کاهش می یابد. با احداث آبشکن در مقابل آبگیر مقدار اندازه سرعت جریان در مقابل آبگیر و بعد از آن افزایش می یابد و مقدار سرعت عرضی جریان به سمت آبگیر بیشتر شده که می تواند باعث هدایت بیشتر جریان در کانال اصلی به سمت آبگیر گردد.