بررسی آزمایشگاهی دینامیک جریان غلیظ بر روی سطوح زبر

برای جلوگیری از ورود رسوبات و تخلیه آنها از مخازن سدها روش های رسوب زدایی مختلفی وجود دارد، اما بدلیل هزینه نسبتا زیاد، در غالب موارد سعی می شود با استفاده از نیروی هیدرودینامیکی آب، رسوبات ریزدانه خارج شوند. یکی از این روش ها، خارج کردن رسوبات حاصل از جریانهای سیلابی، با استفاده از دینامیک جریان غلیظ است. جریانهای غلیظ یکی از مهمترین پدیده ها در ایجاد فرآیندهای رسوبی (انتقال، توزیع و رسوبگذاری ذرات) در مخازن سدها است که شناسایی و بررسی پارامترهای موثر بر این نوع جریان ها بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق به بررسی اثر زبری کف بر روی مشخصه های حرکتی جریان های غلیظ پرداخته شده است. در جریان های غلیظ زبری بستر از ترکیب دو مکانیزم باعث کاهش در سرعت و پخش جریان غلیظ می شود. سیال محیطی بین عناصر زبری نوعی مکانیسم ورود جریان غلیظ ایجاد می کند که باعث کاهش دانسیته و درنتیجه شار شناوری می شود. این کاهش در شار شناوری باعث کاهش سرعت پیشروی جریان غلیظ در مقایسه با سطوح صاف می شود. همچنین وجود زبری در مرز بین بستر و جریان غلیظ باعث افزایش تنش برشی و به طور محسوس کاهش سرعت جریان می شود. در این تحقیق با انجام یک سری آزمایشات جریان غلیظ نمکی در آزمایشگاه مدلهای فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، دینامیک جریان غلیظ بر روی سطوح زبر مورد مطالعه قرار گرفت و اثر توام آن با دیگر خصوصیات جریان بررسی شد. به منظور بررسی اثر زبری کف به عنوان عاملی موثر در برابر سرعت پیشروی جریان و شکل گیری توزیع سرعت در دو بخش جت و دیواره یک سری آزمایشات جریان غلیظ بر روی سطوحی با اندازه زبری 0، 4، 5/7، 12 و 15 میلیمتر انجام شد. جریان غلیظ نمکی با 3 دبی ورودی 7/0، 1 و 3/1 لیتر بر ثانیه و سه غلظت اسمی 10، 16 و 20 گرم بر لیتر ایجاد گردید. همچنین به منظور بررسی تاثیر توام شیب و زبری آزمایشات در محدوده شیب های 0 تا 2/2 درصد صورت پذیرفت. بر اساس نتایج بدست آمده در محدوده شیب کمتر از 2/2 درصد سرعت پیشروی جریان بر روی سطوح زبر به شکل قابل ملاحظه ای کاهش یافته و به طور متوسط حدود 20? کمتر از مقدار آن بر روی سطوح صاف است. در این تحقیق رابطه ای برای تخمین سرعت پیشروی جریان غلیظ براساس پارامترهای بی بعد مورد بررسی ارائه شد. در بررسی توزیع سرعت در بدنه جریان غلیظ نتایج نشان می دهد که ارتفاع محل سرعت حداکثر در پروفیل سرعت در بدنه جریان غلیظ، با افزایش زبری کف افزایش یافته و ضرایب معادلات توزیع سرعت بدنه جریان غلیظ در دو بخش دیواره و جت تغییر می کند. نتایج حاصل از بررسی شدت اختلاط سیال محیطی به بدنه جریان نشان می دهد که، در محدوده اعداد ریچاردسون بالاتر از یک (رژیم جریان زیربحرانی) تاثیر افزایش زبری بر روی شدت اختلاط سیال محیطی به بدنه جریان غلیظ غیرقابل ملاحظه بوده و از روند مشخصی پیروی نمی کند.