تعیین اثر زبری بر نیروهای هیدرودینامیکی در حوضچه های آرامش با واگرایی ناگهانی

پرش¬هیدرولیکی در حوضچه آرامش، از دیدگاه ماکروسکوپی، یک جریان ماندگار و متغیر ناگهانی است که با سطح جریان منقطع دوفازی و گرداب¬های قوی همراه است. پرش-هیدرولیکی بعنوان مستهلک¬کننده انرژی در پایین دست سرریزها، دریچه ها و تندآب ها استفاده می شود. اثر فشار¬های نوسانی ناشی از تلاطم در پرش می¬تواند قابل توجه باشد و باید در طراحی سازه مورد توجه قرار گیرد. همچنین این نوسانات می¬توانند با ایجاد حفره، فرسایش و لرزش موجب آسیب قابل توجهی در حوضچه آرامش شود. در این رساله به تعیین اثر زبری بر فشارهای هیدرودینامیکی در پرش هیدرولیکی نوع s در مقاطع واگرای ناگهانی پرداخته شده است. تعیین اثر زبری و نسبت¬های واگرایی در مقطع و شرایط ورودی جریان در پارامترهای بدون بعد انحراف معیار استاندارد نوسانات فشار و فشارهای حدی بررسی شده است. برای این منظور آزمایش¬ها در یک کانال نسبتا بزرگ به عرض 8/0 و طول 12 متر در حوضچه آرامش با نسبت¬های واگرایی 33/0، 5/0، 67/0 و 1 در محدوده اعداد فرود بین 0/2 تا 5/9 برای بستر صاف و زبر انجام شد. داده¬های فشار با استفاده از مبدل¬فشار با فرکانس نمونه-برداری 40 هرتز برداشت شده است. بر طبق نتایج به دست آمده، فشارهای دینامیکی نسبت به زمان به صورت سری زمانی متناوب می¬باشد و تغییرات طیفی چگالی انرژی در فرکانس¬های کمتر از 5 هرتز است. شدت نوسانات فشار در پرش هیدرولیکی وابسته به عدد فرود اولیه پرش و موقعیت نقطه مورد نظر نسبت به پنجه پرش است. حداکثر ضریب نوسانات فشار ( ) برای اعداد فرود بین4 تا 10 تقریباً نزدیک به محل پنجه پرش و برای پرش صاف در محدوده و در پرش زبر در محدوده رخ می¬دهد. عامل زبری در بستر حوضچه آرامش سبب کاهش شدت نوسانات فشار می¬شود. در پرش بر روی بستر زبر با نسبت¬های واگرایی 1، 67/0، 5/0 و 33/0 ضریب به ترتیب برابر با 20، 27، 46 و 58 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش می¬یابد. در مقاطع واگرای ناگهانی به دلیل تشکیل گرداب¬های جانبی افت انرژی افزایش و شدت نوسانات فشار کاهش می¬یابد.