تحقیقی پیرامون بررسی جریان آزاد در خم تند و ارزیابی تأثیر دیوارهای جداکننده میانی بر الگوی جریان خم ها

از جمله مسایلی که همواره در سیستم انتقال آب به صورت ثقلی به وجود میآید ، وجود انحناء در مسیر کانال است. در اثر عبور جریان از قوس موجود در کانال باز، سطح آب و الگوی جریان نسبت به کانال مستقیم ، دچار تغییر گردیده ، جریانهای ثانویه و مارپیچی شدت می گیرند تا جائیکه الگوی جریان کانال پایین دست نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. در این تحقیق ابتدا با بررسی مطالعات پیشینیان ، فلوم آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و در آن هندسه قوس از نوع تند انتخاب گردید . سپس با انجام آزمایشهای فراوان، صحت سنجی مدل آزمایشگاهی و کنترل همگنی داده ها و عدم وجود خطاهای سیستماتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از ساخت مدل آزمایشگاهی، تاثیر انحناء در تغییرات سطح آب و الگوی جریان در قوس مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای اولین بار، تاثیر دیوارهای میانی غیر مستغرق در الگوی جریان دخالت داده شد. برای سه زاویه انحناء 30 ، 60 و 90 درجه، چهار حالت قوس بدون دیوار میانی، با یک دیوار میانی محوری، با دیوار محوری امتداد یافته در کانال بالادست و پایین دست و قوس با دو دیوار میانی، مورد تحلیل آزمایشگاهی قرار گرفت. برای حالت قوس بدون دیوار، تغییرات غیر خطی سطح آب به دلیل تند بودن قوس مشاهده گردید و رابطه جدیدی جهت محاسبه این تغییرات ارایه شد . بررسی ها نشان می دهد که در سرتاسر مقاطع داخل قوس بجز نواحی پایانی، سرعت جریان در مجاورت دیوار داخلی افزایش و در مجاورت دیوار خارجی کاهش یافته و در پایان قوس، سرعت جریان در کنار دیوار داخلی به شدت کاهش مییابد بنحوی که در فاصلهای به اندازه عرض کانال در کانال پایاب، بیشترین کاهش سرعت جریان به وجود می آید. در این تحقیق کارآیی ، دیوارهای میانی در کاهش تغییرات عرضی عمق جریان، بسیار موفقیت آمیز بوده و کاهش سرعت در پس از قوس نیز به صورت محسوس متعادل می شود. همچنین در اثر امتداد یافتگی دیوار، سرعت های افزایش یافته درون قوس در مجاورت دیوار داخلی و کاهش یافته مجاورت دیوار خارجی ، متعادل می شود. این دیوارها در کانال مستقیم پایاب، مکان سرعت حداکثر را از مجاورت دیوار خارجی به محور کانال منتقل می دهند. در این بررسی مشخص شد که توزیع لگاریتمی سرعت برای نواحی درون خم مناسب نبوده و در کانال مستقیم بالادست ، الگوی سرعت از ترازهای نزدیک به کف کانال و در نواحی کاهش سرعت تمایل به جدایی، از تراز فوقانی و نزدیک به سطح آب ، تحت تاثیر قوس قرار می گیرد. در ادامه با استفاده از مدل عددی، ضمن صحت سنجی مدل و تطابق بسیار بالای نتایج عددی و آزمایشگاهی ، بهترین طول امتداد یافتگی برای هر سه خم مشروحه تعیین گردید. با توسعه مدل عددی حالت خاص از دیوار میانی که به صورت غیر متقارن نصب می شود بررسی و تاثیر آن در الگوی جریان بررسی شد. جهت بررسی رفتار دیوار ها خم ناگهانی متشکل از دو تغییر جهت 45 درجه مطالعه شد و معلوم شد که دیوار محوری امتداد یافته جریانهای برگشتی میانه خم و کانال پایاب را کاهش داده و تغییرات سطح آب درون خم را می کاهد.