پرش هیدرولیکی در پایین دست شیب شکن قائم با تبدیل همگرا و جریان زیربحرانی در بالادست

در کانال¬های آبیاری و شبکه¬های جمع¬آوری فاضلاب از شیب¬شکن برای جبران اختلاف ارتفاع کف کانال با بستر طبیعی زمین استفاده می¬شود. سرعت جریان پس از عبور از شیب¬شکن افزایش یافته و جریان، انرژی جنبشی زیادی خواهد داشت. این انرژی جنبشی زیاد، مخرب بوده و باعث فرسایش بستر، آبشستگی و تخریب سازه¬های پایین¬دست می¬شود. علاوه¬بر آن، در شیب¬شکن محفظه¬ی فشار منفی در زیر جت سقوطی، درصورت هوادهی نشدن، وجود دارد که سبب مکش، پرشدن محفظه از آب و افزایش لرزش جت سقوطی می¬شود. در این تحقیق، با قرار دادن تبدیل¬های همگرا در لبه¬ی آبشار شیب¬شکن قائم، میزان استهلاک انرژی و وضعیت پرش هیدرولیکی ایجاد شده در پایین¬دست شیب¬شکن در مقایسه با شرایط شیب¬شکن قائم ساده بدون استفاده از تبدیل همگرا، به¬صورت آزمایشگاهی و تحلیلی مطالعه شده است. هدف استفاده از تبدیل در شیب شکن افزایش میزان استهلاک انرژی، بررسی اثر آن بر روی پرش هیدرولیکی در پایین¬دست شیب¬شکن و هوادهی طبیعی محفظه¬ی هوا در زیر جت سقوطی است. آزمایش¬ها بر روی سه شیب¬شکن متفاوت با استفاده از شش تبدیل همگرا با ابعاد متفاوت و با دبی نسبی (dc/h) در محدوده¬ی 0/07 تا 0/459 صورت گرفته است که h ارتفاع شیب شکن و dc عمق بحرانی است. وجود تبدیل همگرا در لبه¬ی شیب¬شکن قائم با کاهش مقطع جت سقوطی در هنگام ریزش از لبه¬ی شیب¬شکن، باعث از بین رفتن محفظه¬ی با فشار منفی در پشت جت سقوطی شده و به همین دلیل، دیگر نیازی به هوادهی نیست. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، روابطی تجربی برای برآورد پروفیل عمق جریان در لبه¬ی شیب¬شکن، عمق متوسط جریان در لبه¬ی شیب¬شکن، طول گرداب نسبی و افت هد نسبی پیشنهاد شده است. با استفاده از فرضیات محققین پیشین، مشاهدات آزمایشگاهی و فرض یکسان بودن پرش هیدرولیکی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک، شش مدل تحلیلی برای برآورد افت هد در شیب¬شکن قائم با تبدیل همگرا ارائه شد. نتایج حاصل از مدل¬های ارائه شده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد و مدل تحلیلی شماره 5 نزدیک¬ترین نتایج را به نتایج آزمایشگاهی برای برآورد افت هد با نسبت همگرایی 0/9 و مدل تحلیلی 4 برای نسبت همگرایی 0/8 ارائه می¬دهد. افت هد نسبی با نسبت همگرایی 0/9، 10% و با نسبت همگرایی 0/8، 15% افزایش دارد. با افزایش عمق پایاب و ایجاد پرش هیدرولیکی، اثرات ناشی از امواج شوک ناشی از تبدیل همگرا در لبه¬ی شیب¬شکن کاهش داده شد. شکل پرش هیدرولیکی بسته به عمق پایاب، دبی و فرود اولیه متفاوت بوده و باعث به¬وجود آمدن پرش های متفاوتی می¬شود. پرش هیدرولیکی تشکیل شده در پای شیب¬شکن با فرود اولیه¬ای در محدوده¬ی 2 تا 4 پرش هیدرولیکی کامل و در محدوده¬ی 4 تا 7 پرش هیدوریکی v-شکل نامتقارن است. در نسبت همگرایی 0/8و در شیب¬شکن با ارتفاع 400 میلی¬متر (به جز در کمترین دبی)، پرش هیدرولیکی به¬صورت یک پرش خاص در پای جت سقوطی رخ می¬دهد. نتیجه¬ی حاصل شده از مقایسه¬ی طول غلتابه¬ی سطحی پرش هیدورلیکی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک نشان داد که طول غلتابه¬ی سطحی کاهش می¬یابد. با افزایش سرعت جریان در پایین¬دست و افزایش عدد فرود اولیه¬ی پرش هیدرولیکی، اختلاف طول غلتابه¬ی نسبی در این مطالعه با پرش هیدرولیکی کلاسیک بیشتر می¬شود. عمق ثانویه¬ی پرش هیدرولیکی در این مطالعه تقریباً با عمق ثانویه¬ی پرش هیدرولیکی کلاسیک برابر بوده و بیشترین اختلاف آن به 11% می¬رسد.