مقاومت جریان و توزیع سرعت در کانال های مثلثی

کانال ها یکی از با ارزش ترین و ضروری ترین ساخته های بشر در طول تاریخ بوده، چرا که این سازه ها، انتقال آب از مکانی به مکان دیگر را میسر می سازد و امری اجتناب ناپذیر برای برآورد نیازهای بشری در راستای تامین آب و همچنین انتقال آب از سطح معابر شهری و جاده ای به رودخانه ها می باشد. موضوع مقاومت جریان و نحوه ی توزیع آن در کانال ها، همیشه از موضوعات مورد بحث محققان و دانش پژوهان این زمینه بوده است. کانال های مثلثی با دیواره ی قائم (کانیوو) از مهمترین و پرکاربردترین نوع کانال ها در جمع-آوری آب های سطحی در معابر شهری، جاده ها و پل ها می باشد. با توجه به مطالعات کم و کمبود داده ها و مطالعات آزمایشگاهی، انجام تحقیقات آزمایشگاهی در این زمینه می تواند کمک شایانی به فهم موضوعات مهم جریان در این نوع کانال ها داشته باشد. برای تحقق این امر، کانال های مثلثی شکل کانیوو با جداره ی شیشه ای بر روی فلوم آزمایشگاهی ساخته شدند. دو نوع کانال با شیب دیواره ی جانبی °30و°45 ساخته و بر روی هر یک برای 4 دبی و 5 شیب مختلف آزمایشات انجام گردیده است. برای مطالعات بر روی این کانال ها، جریان یکنواخت در کانال مثلثی ایجاد گردید چرا که تحقیقات بر روی جریان یکنواخت، نتایج مطمئن تر و امکان مقایسه نتایج با یکدیگر می باشد. در جریان های زیر بحرانی برای ایجاد جریان یکنواخت در فلوم از دریچه ی تحتانی استفاده شده و با انجام آزمایشات با زاویه ی دریچه تحتانی متفاوت، زاویه ی مناسب برای ایجاد جریان یکنواخت بدست آمده است. همچنین در کنار مدل های آزمایشگاهی، مدل عددی (نرم افزار flow-3d) نیز طراحی گردیده و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده در آزمایشات برای نمودار دبی- اشل، دبی- n مانینگ، دبی- f دارسی- ویسباخ و پروفیل سرعت جریان در کانال استفاده شده است. منحنی دبی-اشل برای تخمین دبی در کانال های روباز طبیعی و یا مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد که در این تحقیق این منحنی ها برای شیب های متفاوت آزمایش برای هر سطح مقطع خاص آورده شده است. نتایج حاصل از آزمایشات با نتایج حاصل از مدل عددی مطابقت خوبی داشته است. بررسی ها نشان می دهد که سطح مقطع °30 نسبت به سطح مقطع °45 به خاطر تاثیرات جداره، مقاومت بیشتری در مقابل جریان عبوری آب از کانال را دارد. رابطه ای ریاضی برای تخمین عمق جریان با استفاده از وارد کردن دبی و شیب، و بدون اعمال ضرایب n مانینگ یا f دارسی- ویسباخ از جمله دیگر نتایج تحقیق حاضر می باشد.