بررسی آزمایشگاهی اثر مشترک زبری و عوامل هیدرولیکی جریان روی خصوصیات جریان غلیظ نمکی

یکی از مهم ترین عوامل موثر رسوب گذاری در مخازن سدها، جریان غلیظ می باشد. به طور ساده، پدیده جریان غلیظ زمانی شکل میگیرد که سیالی با چگالی ( ) درون سیالی با چگالی ( ) جریان یابد. جریام غلیظ باعث انتقال رسوبات به نزدیکی بدنه سد و ایجاد خطر برای برای تأسیسات جانبی میگردد. لذا تحقیق در زمینه کنترل جریان غلیظ در مخازن سدها بسیار مهم میباشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر شیب، دبی و ارتفاع زبری بر روی خصوصیات جریان غلیظ نمکی از جمله پروفیلهای سرعت و غلظت بدنه، میزان اختلاط و سرعت پیشانی جریان پرداخته شده است. آزمایشها در آزمایشگاه مدل های فیزیکی و هیدرولیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. آزمایش ها با سه دبی (6/0 تا 2/1 لیتر بر ثانیه)، سه شیب (%0 تا %4/3) و یک غلظت (20 گرم در لیتر) در چهار بستر با ارتفاع زبری (0 تا 15 میلی متر) در فلومی به طول 8/7 متر و عرض cm35 با ارتفاع cm70 با استفاده از محلول آب ونمک و ماده رنگی که در مجموع 36 آزمایش میباشند، انجام گرفت. آرایش زبریها زیگزاگی بوده و از فاصله 5/1 تا 5/4 متری از بستر، پوشانیده شده است. موارد اندازه گیری شده شامل غلظت بدنه، سرعت و ارتفاع پیشانی و پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ می باشند. وسایل اندازه گیری مورد استفاده شامل سرعت سنج آکوستیک (dop2000) جهت اندازه گیری پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ، دوربین دیجیتالی و اشل برای اندازه گیری سرعت و ارتفاع پیشانی جریان غلیظ، ec سنج به منظور تعیین میزان غلظت نمونهها و دبی سنج برای اندازه گیری دبی جریان غلیظ می باشند. با بررسی نتایج پروفیل غلظت بدنه جریان مشاهده گردید که با افزایش ارتفاع زبری، ضخامت بدنه جریان غلیظ افزایش یافته و غلظت جریان غلیظ در عمق اندکی کاهش می یابد، همچنین با افزایش شیب، ضخامت بدنه و همچنین غلظت جریان غلیظ کاهش می یابد. در بررسی سرعت پیشانی مشاهده گردید که با افزایش شیب و دبی و کاهش ارتفاع زبری، سرعت پیشانی افزایش می یابد. در بررسی حساسیت سرعت پیشانی مشاهده شد که با افزایش دبی و ارتفاع زبری ، میزان حساسیت سرعت پیشانی به تغییر شیب کم تر شده و همچنین با افزایش شیب و کاهش ارتفاع زبری، میزان حساسیت سرعت پیشانی به تغییر دبی کاهش می یابد. همچنین نتایج نشان میدهد که با حرکت جریان در طول بستر، سرعت پیشانی کاهش می یابد. در بررسی پروفیل سرعت بدنه جریان مشاهده گردید که با افزایش شیب سرعت ماکزیمم افزایش یافته و ارتفاع نقطه صفر (ارتفاعی که در آن سرعت صفر است) و ارتفاع سرعت ماکزیمم کاهش یافته و پروفیل سرعت کشیده تر می شود در حالی که با افزایش دبی، سرعت ماکزیمم، ارتفاع نقطه صفر و ارتفاع سرعت ماکزیمم افزایش می یابد. از طرفی با افزایش ارتفاع زبری، ضخامت پروفیل سرعت و ارتفاع نقطه صفر سرعت افزایش یافته و از سرعت جریان غلیظ کاسته می گردد، به عنوان مثال میزان سرعت در بستر صاف نسبت به بستر با ارتفاع زبری 15 میلی متر، به طور میانگین 3/35 درصد افزایش مییابد. همچنین با حرکت جریان در طول بستر از مقدار سرعت ماکزیمم کاسته شده و فاصله آن از کف افزایش می یابد. از طرفی ضریب کولگان برای این تحقیق، به طور میانگین برابر 34/0 حاصل شد. در بررسی ضریب شدت اختلاط مشاهده گردید با افزایش شیب ، دبی و ارتفاع زبری، ضریب شدت اختلاط افزایش مییابد. به طور میانگین ضریب شدت اختلاط به ازای افزایش شیب از صفر به 4/3 درصد، حدودا 36 درصد، به ازای افزایش دبی از 6/0 به 2/1 لیتر در ثانیه، به مقدار 51 درصد و به ازای افزایش ارتفاع زبری از صفر به 15 میلیمتر، تقریبا 42 درصد افزایش مییابد.