چکیده: با توسعه ی روز افزون ساخت و ساز ها و ارایه طرح های معماری پیچیده ضرورت ایجاد بتن های جدید بیش از پیش احساس می شود. زیرا بتن های عادی به دلیل لزجت و گرانروی بالا به خوبی در قالب حرکت نمی کنند و برای جای گیری مناسب در قالب حتماً باید از لرزاننده استفاده شود که منجر به افزایش هزینه ها و کاهش سرعت بتن ریزی می شود. همچنین بتن های عادی نمی توانند از بین آرماتور ها و دیگر موانع موجود در قالب عبور نمایند و سطح مناسبی و بدون تخلخلی را تشکیل دهند. بتن خود متراکم به عنوان راهکاری مناسب برای رفع این مشکلات می باشد. بتن خود متراکم بتنی است که تحت اثر نیروی وزنش به راحتی در قالب و از بین میلگرد ها حرکت کرده و بدون نیاز به استفاده از لرزاننده در قالب جای می گیرد. کاربرد این گونه از بتن ها به دلیل کارایی بالا، ساخت سازه ها با معماری پیچیده و کاهش هزینه های ساخت روز بروز در حال افزایش است. استفاده ی بهینه و مناسب از بتن خود متراکم در گرو شناخت رفتار های حرکتی و مقاومت مکانیکی آن در حین و بعد از بتن ریزی است. در حقیقت قبل از استفاده از بتنی خاص به عنوان بتن خود متراکم باید از روانی مناسب، پایداری در برابر جداشدن سنگدانه ها و عدم انسداد در بتن در هنگام عبور از بین میلگرد ها اطمینان حاصل کرد. شبیه سازی های عددی به عنوان ابزاری مناسب و کارامد جهت بررسی نحوه ی حرکت بتن خود متراکم در قالب می باشد که توسط این روش ها می توان از خود متراکم بودن و کارایی مناسب بتن حین و بعد از بتن ریزی اطلاع یافت. در این تحقیق سعی گردیده تا با استفاده از روش عددی بدون شبکه ی sph حرکت بتن در آزمایش جعبه ی l-شکل شبیه سازی گردد. آزمایش جعبه l-شکل به منظور بررسی کارایی و میزان انسداد در حرکت بتن از بین میلگرد ها به کار می رود. با توجه به آنکه حرکت بتن در این آزمایش همراه با تغییر مکان های زیاد و جریان با سطح آزاد می باشد، روش های بدون شبکه برای شبیه سازی حرکت آن انتخاب گردید، زیرا توانایی این گونه روش ها در شبیه سازی مسایل جریان با سطح آزاد و با تغییر مکان های زیاد به اثبات رسیده است. در این تحقیق بتن به عنوان سیالی همگن و غیر نی وتنی در نظر گرفته شده است که رابطه ی بین تنش برشی و کرنش آن از رابطه ی بینگهام پیروی می کند. در نهایت پس از آنکه مدلی مناسب برای شبیه سازی حرکت بتن تهیه گردید با استفاده از مدل تهیه شده به بررسی بتن های موجود پرداخته و در نهایت نموداری پیشنهاد می گردد که توسط آن می توان میزان کارایی بتن را به عنوان بتن خود متراکم سنجید و از این نمودار برای کاربرد های عملی بهره گرفت. کلمات کلیدی: بتن خود متراکم، روش عددی بدون شبکه sph، آزمایش جعبه l-شکل، سیال غیر نیوتنی

توزیع تنش برشی جداره و سرعت متوسط عمقی یکی از مهمترین مشخصه های هیدرولیکی درکانال های باز است. این پارامتر ها در مسایل مختلف نظیر انتقال آب, انتقال رسوب، فرسایش و ژئومورفولوژی رودخانه و انتقال آلاینده ها کاربرد دارند. از این رو شناخت و پیش بینی این دو پارامتر، گامی موثر در جهت طراحی ایمن کانال هاست. شایان ذکر است که مدل کردن توزیع تنش برشی به علت وجود جریان های ثانویه بسیار دشوارتر از بررسی توزیع سرعت و اثرات آن است. در صورت وجود اطلاعات سرعت در سطح مقطع جریان، با جمع سرعت نقاطی که در راستای قایم مشخص (فاصله ی مشخص از مبدأ) قرار گرفته اند و تقسیم این مجموع بر تعداد نقاط مورد استفاده، سرعت متوسط عمقی در نقطه ای مشخص از عرض مقطع محاسبه می گردد. در این تحقیق، با استفاده از نگاشت همدیسی به تخمین تنش برشی متوسط کف و دیواره در کانال های ذوزنقه ای با جداره ی صاف پرداخته می شود و سپس توزیع تنش برشی و سرعت متوسط عمقی در بهترین مقاطع هیدرولیکی ذوزنقه ای و مستطیلی محاسبه می شود. برای بررسی درستی نتایج تحلیلی از نتایج مدل سازی آزمایشگاهی بهره گیری شده است. با مقایسه ی نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی می توان دریافت که نتایج این پژوهش از دقت خوبی برخوردار است وبه کاربردن ایده ی انیشتین روی کف باعث به دست آمدن نتیجه های نزدیک به واقعیت می شود. به کاربردن روش این پژوهش باعث طراحی ساده و ایمن مقطع بهینه می شود. شرایط ویژه ی مقطع بهینه ایجاب می کند که متوسط تنش برشی کف و دیواره نیز با یکدیگر برابر باشند و به همین دلیل طراحی کانال در جهت اطمینان و ساده ولی به دلیل به دست آمدن مقدار محافظه کارانه ی تنش برشی دیواره تاحدی غیراقتصادی است. توزیع سرعت متوسط عمقی به دست آمده در این پژوهش به واقعیت نزدیک است و از مقایسه ی آن با اطلاعات آزمایشگاهی می توان نتیجه گرفت که استفاده از ایده ی انیشتین نتیجه ی خوبی برای این توزیع ارایه می دهد.

کاربرد سرریزهای پلکانی به حدود 3500 سال پیش برمی گردد. سرریزهای پلکانی از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به جهت ظرفیت بالای آنها در استهلاک انرژی، مورد توجه طراحان است و در چند دهه ی اخیر به یکی از روشهای متداول جهت تخلیه ی سیلاب ها تبدیل شده است. توسعه‎ی مصالح ساختمانی جدید نظیر بتن متراکم غلطکی موجب تمایل بیشتر به استفاده از سرریزهای پلکانی شده است. ساخت سرریزهای پله ای با روش های قالب لغزنده و بتن ریزی غلطکی متراکم سازگاری بیشتری دارد. پله ها به نحو کاملاً چشم گیری می توانند شدت استهلاک انرژی در سطح سرریز را افزایش داده، اندازه و هزینه سازه های مستهلک کننده-ی انرژی در پایین دست نظیر حوضچه ی آرامش را کاهش دهند. مکانیسم جریان از روی سرریز پلکانی پیچیده بوده و مطالعات زیادی در این مورد صورت گرفته است. مشاهدات تجربی محققین سه رژیم جریان متفاوت از لحاظ مکانیزم استهلاک انرژی به نام های ریزشی، رویه ای (غیر ریزشی) و تبدیلی (انتقالی) را ارایه می دهد. در زمینه ی برآورد میزان افت انرژی،کارهای آزمایشگاهی گسترده ای در سراسر دنیا در حال انجام است. چمنی، راجاراتنام و بیرامی (2008) برای تخمین افت انرژی در یک شیب شکن عمودی، بر پایه ی شبیه سازی جریان عبوری از روی شیب شکن و مدل جت آزاد سطحی، مدلی را با استفاده از تئوری های لایه ی برشی جت و جریان توسعه یافته ی جت ارایه کردند. در این پایان نامه ابتدا با استفاده از مدل فوق و با توجه به روابط و شباهت هایی که بین سرریز پلکانی و شیب شکن عمودی و نیز تئوری جت آشفته وجود دارد، مدل هایی برای ارزیابی افت نسبی انرژی در سرریزهای پلکانی در حالت جریان رویه-ای ارایه می شود و سپس مقایسه ی جامع و کاملی با نتایج آزمایشگاهی دیگر محققین، صورت می گیرد.

ژئوتکستایل ها عضو مهمی از گروه ژئوسنتتیک ها می باشند که در مقادیر بسیار زیاد در پروژه های مهندسی عمران مورد استفاده قرار گرفته اند. ژئوتکستایل ها بدلیل داشتن خصوصیات متنوع، می توانند اهداف مورد نیاز در مهندسی عمران را برآورده سازند. خصوصیات هیدرولیکی ژئوتکستایل ها، یکی از مهمترین خصوصیات مورد توجه در مهندسی عمران می باشد. در این تحقیق نفوذپذیری ژئوتکستایل های سوزن زنی شده مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های ژئوتکستایل با استفاده از الیاف پلی پروپیلن ذوب ریسی شده تولید گردیدند. دستگاه اندازه گیری میزان نفوذپذیری در شرایط عدم اعمال نیرو عمودی بر ژئوتکستایل مطابق با استاندارد4491astm d طراحی و ساخته گردید. نمونه های آزمایشی ژئوتکستایل با متغیر نمودن عوامل تولیدی از قبیل گرم بر مترمربع، تراکم ضربه و ضخامت تحت دو مرحله فرآیند سوزن زنی تولید شدند. آزمایشات هیدرولیکی بر اساس هر دو روش بار آبی ثابت و افتان تحت شرایط جریان آرام انجام شد. قابلیت نفوذپذیری ژئوتکستایل ها بر اساس قانون دارسی و به صورت ضریبی از نفوذپذیری تعیین شدند. مقادیر نفوذپذیری بدست آمده از نمونه ژئوتکستایل های آزمایش شده با مقادیر نفوذپذیری مصالح دانه ای مورد استفاده در مهندسی عمران مقایسه شد. نتیجه گیری گردید که ژئوتکستایل های نازک و سبک وزن می تواند بطور موفقیت آمیز جایگزین مصالح ساختمانی متداول در پروژه های مهندسی عمران گردد. همچنین در این تحقیق تاثیر عواملی همانند ضخامت، تراکم ضربه، تخلخل و وزن واحد سطح ژئوتکستایل ها بر نفوذپذیری آب از ژئوتکستایل ها و رابطه بین ضریب افت موضعی و ضریب افت اصطکاکی با عدد رینولدز مورد بررسی قرار گرفت. عمق نفوذ سوزن در تولید نمونه های مورد استفاده، ثابت باقی ماند. فهمیده شد که با کاهش تراکم ضربه، ضخامت ژئوتکستایل افزایش می یابد. تاثیر ضخامت ژئوتکستایل بر نفوذپذیری با درنظر گرفتن عامل تراکم ضربه مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه گرفته شد که به طور متناظر با افزایش ضخامت ژئوتکستایل ها، اندازه منافذ افزایش می یابد که خود باعث افزایش نفوذپذیری می شوند. همچنین تراکم ضربه بر نفوذپذیری تاثیر می گذارد. نتایج نشان می دهد در مواقعی که تراکم ضربه افزایش می یابد، نفوذپذیری کاهش می یابد. دلیل این امر را می توان وجود رابطه ای عکس بین تراکم ضربه و تخلخل منسوج بیان نمود. همچنین مشخص شد که با افزایش تراکم ضربه، میزان فشردگی منسوج افزایش می یابد. افزایش فشردگی منسوج باعث کاهش تخلخل منسوج می شود. بنابراین کاهش نفوذپذیری منسوج مشاهده شد. نتایج نشان می دهد که میزان نفوذپذیری با افزایش وزن واحد سطح ژئوتکستایل کاهش می یابد. افزایش وزن واحد سطح ژئوتکستایل بعلت افزایش تعداد الیاف موجود در ساختار منسوج می باشد. مطابق با رابطه کزونی، این امر باعث افزایش طول مسیر جریان، مقاومت و کاهش نفوذپذیری منسوج می شود. ترسیم نمودار لگاریتم- لگاریتم رابطه ای خطی و منفی بین ضریب اصطکاکی و عدد رینولدز را نشان می دهد. همچنین در این تحقیق، رابطه نموداری بین ضریب افت موضعی و عدد رینولدز ارائه شد. نمودار ضریب افت موضعی در مقابل عدد رینولدز نشان می دهد که ژئوتکستایل های با نفوذپذیری بالاتر، ضریب افت موضعی کوچکتری را نشان می دهد. مقایسه نتایج بدست آمده در این تحقیق در رابطه با تاثیر عوامل ضخامت، تخلخل، وزن واحد سطح و تراکم ضربه بر نفوذپذیری با تحقیقات پیشین، دارای هماهنگی خوبی با مطالعات پیشین دارد.

چکیده شیب شکن ها از جمله متداول ترین سازه های هیدرولیکی مستهلک کننده ی انرژی هستند که در شبکه های آبیاری و زه کشی، آبراهه های فرسایش پذیر، سیستم های تصفیه ی آب و جمع آوری و دفع فاضلاب استفاده می شوند. این سازه ها با توجه به توپوگرافی زمین برای انتقال آب از یک ارتفاع بالاتر به پایین تر، کاهش انرژی جنبشی ناشی از سقوط آب و اعمال سرعت بهینه درکانال ها و شبکه های آبیاری و زه کشی به کار می روند. از شیب شکن ها نیز در تصفیه خانه های آب و فاضلاب برای هوادهی طبیعی جریان استفاده می شود. جریان در بالادست شیب شکن ممکن است زیربحرانی یا فوق بحرانی باشد. در حالت جریان زیربحرانی در بالادست، عمق جریان در حوالی لبه ی شیب شکن، بحرانی می شود و پس از جاری شدن به پایین دست شیب شکن، جریان حالت فوق بحرانی پیدا می کند و اگر جریان بالادست شیب شکن فوق بحرانی باشد، رفتار آب به صورت جت آبی خواهد بود. در این تحقیق، الگوی دوبعدی جریان در شیب شکن قایم با حالت زیربحرانی در بالادست، با استفاده از نرم افزار ansys cfx که جریان سیال را به روش حجم محدود تحلیل می نماید، شبیه سازی شده است. شبیه سازی الگوی جریان با بررسی مدل های مختلف آشفتگی، شرایط مرزی مختلف و سایر پارامترهای موثر در مدل عددی برای یک دبی در دوحالت هوادهی در زیر جت ریزشی و بدون هوادهی انجام شده و نتایج مربوط به عمق گرداب، طول گرداب، عمق پایاب، عمق لبه ی شیب شکن و در نهایت افت انرژی نسبی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است و مورد صحت سنجی قرار گرفته است. سپس مناسب ترین مدل آشفتگی و شرایط مرزی انتخاب شده و مدل سازی جریان برای دبی های مختلف انجام گرفته است. نتایج به دست آمده از تحلیل عددی به شکل منحنی های بی بعد برای نشان دادن تغییرات عمق نسبی لبه ی شیب شکن، عمق نسبی گرداب، طول نسبی گرداب، عمق نسبی پایاب و افت انرژی نسبی برحسب دبی نسبی بر روی نمودار رسم شده است. مقایسه ی این نتایج نشان می دهد که در حالت هوادهی، طول نسبی گرداب، عمق نسبی پایاب و افت انرژی نسبی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. مقادیر عمق نسبی گرداب اختلاف بسیار کمی با نتایج آزمایشگاهی دارد که این موضوع به دلیل نوسان داشتن سطح آب است که اندازه گیری دقیق آن را دشوار می سازد. همچنین، عمق لبه ی شیب شکن اختلاف قابل توجهی با نتایج آزمایشگاهی دارد. در حالت بدون هوادهی، طول نسبی گرداب بیشتر از حالت هوادهی است، این موضوع به علت از بین رفتن فضای خالی زیر جت ریزشی در حالت بدون هوادهی است که باعث می شود زاویه ی پرتاب جت کمتر شود و برد افقی آن کاهش یابد. عمق پایاب و عمق لبه ی شیب شکن در دوحالت هوادهی و بدون هوادهی تطابق خوبی باهم دارند. واژه های کلیدی : شیب شکن قایم، ansys cfx، پارامترهای هیدرولیکی، افت انرژی، روش حجم محدود

در تحقیق حاضر، خصوصیات پرش نوع b در حوضچه آرامش سرریز اوجی در حالت وجود یک دیواره ممتد در پنجه سرریز و در فواصل مختلف و دو دیواره ممتد اولی در پنجه سرریز ودیگری در محدوده طول گرداب بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در حالت قرار گیری یک دیواره، با افزایش ارتفاع دیواره وکاهش فاصله قرارگیری آن از پنجه پرش، بدلیل نزدیک شدن به ناحیه شتاب گیرنده و افزایش جذب انرژی توسط دیواره عمق ثانویه وطول گرداب پرش کاهش و افت انرژی افزایش می یابد. همچنین با مشاهده جریان عبوری از روی دیواره پرش های تشکیل شده به 4 دسته تقسیم شدند: 1) پرش آزاد، 2) پرش موجی شکل، 3) پرش مستغرق و 4) پرش مستغرق با گرداب های کف. با انتقال پنجه پرش بر روی مقاطع بالاتر از بدنه سرریز، از اثر دیواره در کاهش عمق ثانویه کاسته می شود. همچنین بدلیل تشکیل گرداب های کف در پشت دیواره کاهش شدیدی در طول نسبی گرداب در کلیه مقاطع مشاهده می شود. چنانچه دو دیواره هم ارتفاع در مسیر پرش نوع b قرار گیرد مشاهده می شود که دیواره دوم تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پارامترهای پرش نمی گذارد. بعبارت دیگر دیواره دوم نقش مهمی در پارامترهای اصلی پرش ندارد. در نهایت بر اساس معادلات اندازه حرکت و انرژی جهت محاسبه عمق ثانویه و طول گرداب پرش روابط نیمه تجربی بر مبنای آنالیز ابعادی ارایه شده است.

حوضچه های آرامش سازه هایی هستند که برای کنترل پرش هیدرولیکی ساخته می شوند. در تحقیق حاضر، پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش سرریز اوجی با استفاده از شکل های مختلف دیواره ممتد بررسی شده است. هدف از این تحقیق بررسی اثر شکل دیواره بر طول، عمق ثانویه ، افت انرژی و خلازایی می باشد. 3 شکل مختلفِ دیواره با بدنه شیب دار در بالادست و قایم در پایین دست، بدنه شیب دار در پایین دست و قایم در بالادست و دیواره با بدنه قایم در بالادست و پایین دست برای بررسی انتخاب شده است. نتایج نشان می دهند که: 1)تاثیر شکل های انتخاب شده برای دیواره بر عمق ثانویه تقریبا یکسان است و تفاوت عمده و قابل تشخیصی در عمق ثانویه پرش دیده نمی شود. 2) شیب در بالادست دیواره سبب افزایش طول پرش می شود و برای استفاده در حوضچه آرامش مناسب نمی باشد. 3) میزان افت انرژی در 3 حالت انتخاب شده تقریبا یکسان است با این تفاوت که دیواره با بدنه شیب دار در بالادست در هنگامی که عمق ثانویه کم باشد، با پرتاب جریان به سمت بالا میزان افت زیادی را موجب می شود. ولی این نوع از جریان در حوضچه های آرامش قابل قبول نیست. 4) شیب دیواره در بالادست سبب جدایی خطوط جریان از بستر کانال و ایجاد خلازایی می شود. دیواره با بدنه شیب دار در بالا دست برای استفاده در انتهای حوضچه های آرامش مناسب تر و برای افزایش افت انرژی دیواره با بدنه شیب دار در پایین دست بهترین گزینه است. در نهایت رابطه ای برای محاسبه عمق ثانویه پرش ارایه شده است.

همواره پل های زیادی در اثر آب شستگی موضعی پایه های آن ها در اثر جریان آب در رودخانه ها تخریب می شوند. طبق تعریف، شسته شدن مصالح بستر رودخانه در اثر جریان آب را آب شستگی نامند. تا کنون راه های زیادی جهت کاهش این عمق به کار گرفته شده است. این روش ها در دو دسته ی عمده ی افزایش مقاومت مواد موجود در بستر و کاهش اثر عوامل فرسایش قرار می گیرد. یکی از موارد حالت دوم استفاده از طوق است. در این پایان نامه ضمن مشاهده اثر شکل طوق های قبلی مطالعه شده توسط سایر محققین بر آب شستگی، اثر چهار شکل طوق دیگر بر میزان و روند آب شستگی بررسی شده است. مدل به صورت فیزیکی و در آزمایشگاه هیدرولیک و مکانیک سیالات دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. کانال به شکل مستطیلی با عرض 405 میلی متر، ارتفاع 700 میلی متر و طول 11 متر استفاده شد. پایه ی استفاده شده استوانه ای به قطر 40 میلی متر و از جنس پلاستیک تفلون بود. ماسه های استفاده شده با دانه بندی تقریباً یکنواخت در محدوده ی 600 تا 800 میکرون با وزن مخصوص نسبی 65/2 بودند. طوق های استفاده شده شامل طوق با قطر دوبرابر قطر پایه، طوق با قطر سه برابر قطر پایه، طوق شماره ی یک (دایره با زایده های جانبی)، طوق شماره ی دو (دایره ی غیر هم مرکز با پایه)، طوق شماره ی سه (ترکیب نیم دایره با مربع) و طوق شماره ی چهار (بیضی شکل) بودند. معیار مورد استفاده جهت عمق تعادل معیار کومار و همکاران (1999) بود. آزمایش ها نشان داد نسبت سرعت برشی به سرعت برشی بحرانی لازم برای شروع آب شستگی در حالت بدون طوق 5/0، برای طوق با قطر دوبرابرقطر پایه 53/0، برای طوق با قطر سه برابر قطر پایه، طوق شماره ی دو، طوق شماره ی سه و طوق شماره ی چهار 58/0 و در طوق شماره ی یک 61/0 است. نمودار توسعه ی زمانی عمق آب شستگی در جلو و پشت پایه به سه قسمت اصلی زمان تأخیر (که گودال هنوز به پایه نرسیده است)، زمان میانی (که با شدت زیاد در حال گسترش است) و زمان نهایی (که رشد گودال کم شده و شیب نمودار خیلی کم است) تقسیم می شود. طوق شماره ی سه از نظر کاهش عمق آب شستگی با 46 درصد کاهش بهترین راندمان و طوق با قطر دو برابر قطر پایه با 16 درصد کاهش بدترین راندمان را داشتند. طوق شماره ی دو از نظر افزایش زمان نسبی تعادل با 261 درصد و طوق با قطر دو برابر قطر پایه با 8/9 درصد افزایش نسبت به حالت بدون طوق به ترتیب بهترین و بدترین حالت طوق بودند. اگرچه طوق های پیشنهادی جهت جلوگیری از آب شستگی به طور کامل مناسب نیستند، ولی برای ایجاد تأخیر در رسیدن به حالت تعادل بسیار مناسب هستند و در کاربردهای عملی می توانند به عنوان ابزاری مناسب برای کاهش خسارات آب شستگی اطراف پایه ی پل ها به کار روند.

در این پایان نامه نتایج حاصل از مطالعه ی تحلیلی بر روی جریان دوفازی عبوری از روی سرریز پلکانی و تنداب در ناحیه ی توسعه یافته ارایه شده است. با اعمال فرضیات حاکم بر جریان دوفازی آب-هوا در معادلات پخشیدگی و انتشار، معادله ی پیوستگی برای هوا در جریان دوفازی بدست می آید. با جایگذاری رابطه ی توزیع سرعت ارایه شده توسط چیو (1988) در معادله ی پیوستگی هوا و اعمال شرایط مرزی برای جریان دوفازی، سه مدل قابل قبول برای توزیع غلظت هوا در مقطع جریان بدست می آید. به دلیل مشخص نبودن مقدار دقیق عمق جریان دوفازی ( ) از سه فرضیه ی متفاوت برای عمق جریان استفاده شده است: ، و ( به عنوان مثال معرف عمقی از مقطع جریان است که غلظت هوا در آن نقطه برابر 90 درصد است). در این تحقیق همانند مطالعه ی استراب و اندرسون (1958)، مقطع جریان به دو ناحیه ی بالا و پایین تقسیم شد و مرز بین این دو ناحیه پس از تحلیل نتایج حاصل از مدل های ارایه شده برای ناحیه ی پایین بدست می آید. برای محاسبه ی مقدار خطا و همبستگی نتایج بدست آمده از مدل های حاضر با نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون (1958)، نتایج تحلیلی چانسون (1994) و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام (1997 و 1999) از دو معیار و استفاده شده است. با استفاده از این دو معیار مشخص شد که نتایج بدست آمده از مدل های حاضر برای ناحیه ی پایین به نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام بسیار نزدیک است. به دلیل اغتشاش و آشفتگی زیاد در نزدیکی سطح جریان دوفازی، برای توزیع غلظت هوا در ناحیه ی بالایی جریان از توزیع تصادفی نمایی استفاده شده است. حداکثر خطای نتایج حاصل از توزیع تصادفی نمایی برای ناحیه ی بالا نسبت به نتایج آزمایشگاهی با استفاده از معیار خطای برابر 02/0 بدست آمد. با استفاده از توزیع غلظت هوای مدل پیشنهادی در معادله ی افت نسبی انرژی ارایه شده توسط چمنی و راجاراتنام برای سرریز پلکانی، افت نسبی انرژی در تنداب بین 44 تا 59 درصد بدست آمد.

دراین پایان نامه یکی از ساده ترین روش های عددی معادلات جریان سیال ارایه گردید. هدف از حل معادلات ناویر- استوکس توسط روش تفاضل محدود ایجاد تغییر در روش حل و بهبود آن بود. پس از بررسی و تولید کدهای حل این معادلات و آشنایی با مشکلات آنها، روش حل کاملاً ضمنی ابداع شد. این روش حل به دلیل ارضای هم زمان معادلات جریان و تعیین مقدار کلیه درجات آزادی در یک دستگاه معادلات، اکیداً پایدار است. در روش ابداع شده با تغییر در نحوه ی اعمال شرایط مرزی و روند حل، نیاز به استفاده از روش های تراکم پذیری مصنوعی را از بین می برد. روش ابداع شده دارای قابلیت گسترش جهت پردازش موازی است. بخش دوم تحقیقات صورت گرفته ارایه مدلی از سازه ی آدم رو بود. هدف از ارایه ی مدل جدیدی از سازه ی آدم رو، استهلاک انرژی جریان توسط سرریز پلکانی بود. پس از تولید کد مذکور به دلیل سرعت و قابلیت های محدود آن، از یک کد تجاری برای شبیه سازی جریان روی سرریز پلکانی سازه ی آدم رو شبکه جمع آوری روان آب سطحی استفاده شد. در شبیه سازی های اولیه مدلی از یک سازه ی آدم رو ارایه شد. در مدل توسعه یافته با استفاده از آنالیزهای اولیه، پارامترهای موثر در استهلاک انرژی جریان تشخیص داده شد. سپس شبیه سازی های گسترده با استفاده جایگشت حالت های مختلف پارامترهای موثر صورت گرفت. پس از تعیین راندمان هر یک از مدل ها و با استفاده از تحلیل نتایج حاصل، امکان تخمین استهلاک انرژی در آنها با استفاده از تعداد محدودی از پارامترها میسر شد. در نهایت امکان ارایه ی پیشنهاد برای ساخت این نوع از سازه های آدم رو با ابعاد کوچکتر و راندمان بیشتر امکان پذیر شد.

بهینه سازی همزمان موقعیت و مشخصات هندسی تجهیزات کنترل جریان ناماندگار اهمیت زیادی در طراحی سیستم های انتقال آب و کاهش هزینه های بهره برداری دارد. در تحقیق حاضر، برای جلوگیری از پدیده ی جدایی ستون آب در هنگامی که ایستگاه پمپاژ (پمپ تغذیه ای) به هر دلیل از کار باز می ایستد، از مخازن ضربه گیر یکطرفه و مخزن هوا استفاده شده و به بهینه سازی آنها با استفاده از سیستم استنتاج فازی و الگوریتم ژنتیک پرداخته شده است. بهینه سازی حجم اولیه ی هوا در مخزن هوا جهت رسیدن به مینیمم حجم به طوری که فشارهای موجود نیز قابل قبول باشند، به کمک سیستم استنتاج فازی انجام گرفته است. پیاده سازی کاربردی سیستم استنتاج فازی در طراحی مخزن هوا نشان می دهد که می توان ایده و نظرات طراح و نیز قیود طراحی را در قالب پایگاه قواعد سیستم استنتاجی درآورد و در فرآیند طراحی دخالت داد. تبدیل روش افراد خبره در طراحی و ارایه ی الگوریتم های کارا برای طراحی خطوط انتقال آب به وسیله ی سیستم استنتاج فازی، تفکر کاملاً جدیدی در توسعه ی سیستم های نرم افزاری است. ابعاد بهینه در مخازن ضربه گیر، رفتار هیدرواستاتیک و رفتار هیدرودینامیک طبق تیوری هاوزنر بررسی شده است. هرچه نسبت ارتفاع به قطر کمتر باشد مخزن پایدارتر است. البته ارایه ی نسبتی مناسب برای ارتفاع به قطر مخازن که دربرگیرنده ی همه ی مسایل بررسی شده باشد و یا تعیین یک تابع مناسب برای بهینه سازی ابعاد مخازن، امری دشوار بوده و به عوامل بسیار زیادی بستگی دارد. پیچیدگی نیروهای موثر هیدرودینامیکی، توجه به مسایل اجرایی، شرایط محل احداث مخازن و مسایل مربوط به مناظر و زیبایی، از یک طرف و پیچیدگی فرآیند ضربه ی قوچ و ارتفاع و قطر مناسب از لحاظ هیدرولیکی از طرف دیگر، تعیین این نسبت را مشکل می سازد. بنابراین در این تحقیق، مسأله برای نسبت های مختلف قطر و ارتفاع حل شده است. همچنین اضافه ارتفاع ناشی از تلاطم آب جهت جلوگیری از زیرفشار در سقف مخزن، تعیین گردیده است. بررسی پدیده ی گردابی و تعیین عمق استغراق بحرانی در مخازن نیز برای جلوگیری از پدیده ی مکش انجام شده است. بهینه سازی موقعیت و ابعاد مخازن ضربه گیر در سیستمی با مخزن هوای مشخص انجام شده است. الگوریتم بهینه سازی یک الگوریتم ژنتیک است که در قسمت انتساب عدد برازندگی به هر رشته، از یک دستگاه استنتاج فازی استفاده می کند. برای هر یک از کروموزوم ها در جمعیت اولیه، برنامه ی شبیه سازی اجرا شده و با توجه به نتایج خروجی حاصل از آن و میزان برآورده شدن تابع هدف و قیود، سیستم استنتاج فازی، برازندگی متناسب با هر کروموزوم را تعیین می کند. با کمک سیستم استنتاج فازی، تعیین برازندگی رشته ها به صورت ساده تر، شفاف تر و دقیق تر همراه با ارضای قیود هیدرولیکی صورت می گیرد و از سعی و خطای بسیار برای تعیین توابع برازندگی، توابع جریمه و سایر ضرایب جلوگیری خواهد شد. همچنین یک تابع برازندگی تعمیم یافته خواهیم داشت که با تغییر مسأله، تغییر محدوده ی متغیرها، تغییر مشخصات خط لوله و ... تغییر نمی کند. برای افزایش کارایی الگوریتم ژنتیک، نرخ پیوند متغیر درنظر گرفته شده است. با تغییر دینامیکی نرخ عملگر پیوند در طول حل مسأله، سرعت همگرایی به سمت بهینه ی مطلق بهبود می یابد. نتایج این قسمت نشان می دهد که در فرآیند ضربه ی قوچ به حجم معینی آب برای غلبه بر جدایی ستون آب نیاز است. مخازنی که به ایستگاه پمپاژ نزدیک ترند، دارای ارتفاعی بزرگ تر هستند تا سریع تر به کاهش فشار واکنش نشان دهند. ارضاء قیدهای مسأله (قید حداقل فشار و قید حداقل سطح آب در مخازن) نمایانگر کارآیی بالای ژنتیک فازی است. از آنجا که هیچ معیار جامع ومناسبی برای توقف الگوریتم ژنتیک وجود ندارد، با نرمالیزه کردن تابع برازندگی در فاصله ی [1و0]، شرط توقف الگوریتم ژنتیک منطقی بوده و از قرار گرفتن در بهینه های محلی نیز اجتناب شده است.

چکیده تخریب پل ها به خاطر آب شستگی باعث شده تا تحقیقات زیادی در راستای پیش بینی مقدار عمق بیشینه ی آب شستگی و روند رخ داد این پدیده صورت گیرد. آب شستگی به دلیل سه بعدی بودن جریان، هم زمانی با انتقال رسوب و تغییر مداوم مرزهای جریان پدیده ای پیچیده است که تحلیل مسأله را به روش های تحلیلی و عددی مشکل می سازد. به همین دلیل، بررسی این مسأله اغلب از طریق تحقیقات آزمایشگاهی صورت می گیرد. بیشتر مطالعات آب شستگی در شرایط جریان آزاد بوده و مطالعات اندکی در مورد بررسی و شناسایی الگوی آب شستگی در جریان تحت فشار صورت گرفته است. آب شستگی تحت فشار مهمترین عامل تخریب پل هایی است که در اثر سیل و یا آب گرفتگی معابر به صورت کاملاً مستغرق و یا نیمه مستغرق عمل می کنند. در این پایان نامه، به بررسی توسعه ی زمانی و الگوی آب شستگی در جریان تحت فشار با عرشه ی نیمه مستغرق، در دو حالت وجود و عدم وجود کف صلب در زیر عرشه پرداخته شده است. مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده ی مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. آزمایش ها در کانالی به شکل مستطیلی با عرض 0.4 متر، ارتفاع 0/7 متر و طول 9/5 متر انجام گرفت. در این تحقیق از عرشه ی پل و کف صلب مستطیلی به عرض 0/26 متر استفاده شد. ماسه ی استفاده شده، با دانه بندی یکنواخت و قطر متوسط 0/75 میلی متر با وزن مخصوص نسبی 2/65 است. آزمایش ها در یک ارتفاع ثابت آب، سه درجه ی مختلف استغراق نسبی عرشه، در دو حالت وجود و عدم وجود کف صلب و با دوره ی زمانی 24، 48، 72 و 120 ساعت انجام شد. تمامی آزمایش ها در شرایط آب زلال صورت گرفته است. نتایج مطالعه ی حاضر نشان می دهد که الگوی آب شستگی در پایین دست عرشه بر خلاف عمق بیشینه ی آب شستگی که پس از گذشت مدت زمانی به تعادل می رسد، اصلاً ثابت نبوده و همواره تابعی از زمان است. شروع آب شستگی در حالتی که زیر عرشه کف صلب وجود ندارد، از لبه ی بالادست عرشه آغاز می شود و مقطع عرضی که در آن عمق بیشینه ی آب شستگی قرار دارد، با مرور زمان از بالادست به سمت پایین دست حرکت می کند. این در حالی است که آهنگ تغییرات موقعیت عمق بیشینه ی آب شستگی، در حالت وجود کف صلب 5 برابر بیشتر از حالتی است که کف صلب در زیر عرشه قرار ندارد. هنگامی که کف صلب در زیر عرشه قرار می گیرد و ارتفاع زیر عرشه کمتر از 70 درصد عمق جریان بالادست می شود، جریان رو به پایین در بالادست عرشه شروع به شستن بالادست کف صلب می کند. با قرار گرفتن کف صلب در زیر عرشه با وجود اینکه چاله ی آب شستگی به پایین دست عرشه منتقل می شود، ولی عمق بیشینه ی آب شستگی با وجود کف صلب بیشتر از حالتی است که کف صلب وجود ندارد. در هر دو حالت وجود و عدم وجود کف صلب، افزایش عمق استغراق عرشه یا کاهش ارتفاع زیر عرشه، باعث افزایش عمق آب شستگی می شود. همچنین، افزایش عمق استغراق عرشه یا کاهش ارتفاع زیر عرشه، باعث می شود که زمان رسیدن آب شستگی به تعادل کاهش یابد. کلمات کلیدی: آب شستگی تحت فشار، استغراق عرشه، کف صلب، عرشه ی پل، آب زلال

بتن از متداول ترین مصالح ساختمانی است. بسیاری از مشکلاتی که دوام ساختمان های بتنی را تهدید می کند، از ناحیه بتن ریزی بد است. از عواقب بتن ریزی بد می توان به خالی ماندن قسمتی از فضای کار، ایجاد تخلخل بیش از حد، جداشدگی دانه های بتن از مخلوط، آب انداختن بتن در اثر مویینگی، تجمع یا ته نشینی سنگ‎دانه ها و یا انسداد جریان بتن توسط میلگردها اشاره کرد. به عنوان یک راه حل برای پیش بینی مشکلات مذکور، شبیه سازی های کامپیوتری جریان بتن تازه با استفاده از روش های عددی می توانند مکمل خوبی برای نتایج تجربی و آزمایشگاهی باشند تا با استفاده از آن ها در کنار هم، بتوان از بروز مشکلات محتمل تا حد امکان کاست. هدف این تحقیق بر این است که باتوجه به مکانیزم حرکت بتن به صورت دو فاز مجزا (ملات و سنگدانه)، حرکت بتن در حین بتن ریزی پیش بینی شده تا بتوان یک گام دیگر به سمت اطمینان بیشتر برداشت. در این تحقیق، جریان بتن با استفاده از روش عددی sph به صورت دو فاز مایع و جامد شبیه سازی شده است. برای برآورد نیروهای اندرکنش بین اجسام صلب و سیال از دو دیدگاه کلی استفاده شده که دیدگاه اول، اجسام با مرز دقیق شبیه سازی شده است. در دیدگاه دوم، هر جسم به صورت یک ذره شبیه سازی شده است. در آغاز، مثال هایی از سیال همگن نیوتنی و غیرنیوتنی در مسائل جریان بین دو صفحه ی موازی، جریان درون لوله، شکست سد و سقوط جسم معلق در سیال با استفاده برنامه ی نوشته شده بر اساس روش sph حل شده تا صحت روش ارائه شده در شبیه سازی سیال همگن نشان داده شود. پس از آن نمونه مسائلی از برخورد اجسام صلب با جداره ها صورت گرفته تا صحت روش ارائه شده بررسی شود. سپس نمونه مسائلی از حرکت مخلوط بتن تازه به صورت دوفازی برای بررسی نحوه ی حرکت بتن در حین بتن ریزی تیر i-شکل، به دست آوردن نیروی وارد بر گلوله در ویسکومتر کششی و به دست آوردن قطر پهن شدگی آزمایش اسلامپ نسبت به زمان بررسی شده است. با استفاده از نتایج تحقیق می توان گفت که دیدگاه اول اندرکنش اجسام معلق (اجسام با مرز دقیق) به خوبی قادر به حل میدان جریان حول اجسام بوده و نیروی وارد بر اجسام را به درستی محاسبه می کند. این دیدگاه به خوبی قادر به حل مسأله برخورد اجسام صلب با یکدیگر بوده و اصطکاک را نیز به درستی مدل می کند. بر اساس نتایج می توان گفت که روش های مذکور مشکلات مربوط به بتن ریزی را پیش بینی کرده و می توان در مسائل دارای قالب ها و آرایش میلگردهای پیچیده بر نتایج آن تکیه کرد. هرچه شکستگی سنگدانه ها بیشتر شود، تمایل به جداشدگی سنگدانه ها از ملات کمتر شده، پراکندگی سنگدانه ها در بتن یکنواخت تر شده و خطر ته نشینی سنگدانه ها کمتر می شود. با درشت تر شدن اندازه ی سنگدانه ها، خطر بلوکه شدن و انسداد جریان توسط میلگردها تشدید می شود. هرچه سنگدانه دارای شکستگی بیشتری بوده و تیزگوشه تر باشد، مقاومت بیشتری در برابر جریان از خود نشان داده و ویسکوزیته و تنش تسلیم بتن را افزایش می دهد. با استفاده از نتایج می توان گفت که نتایج خوبی از انجام شبیه سازی با دیدگاه دوم اندرکنش اجسام معلق (اجسام به صورت یک ذره) به دست نیامده است.

در این پایان نامه، به کارگیری روش های درون یابی مختلف در روش مشخصه ها برای حل مساله ی ضربه ی قوچ بررسی شده است. در روند انجام این پایان نامه، حل معادلات حاکم بر پدیده ی ضربه ی قوچ با استفاده از روش مشخصه ها در شرایط مرزی پیچیده مطالعه شده است. به دلیل لزوم انجام درون یابی در این روش، روش های مختلف درون یابی بررسی و مقایسه شدند. مهم ترین روش درون یابی که برای اولین بار در این پایان نامه به کار گرفته شد، روش درون یابی غیرخطی هرمیت درجه سه است. پس از گسسته سازی معادلات به نحو مناسب و تهیه برنامه ی کامپیوتری، تعدادی مدل جهت اعتبارسنجی انتخاب گردید و نتایج ذیل از بررسی این مدل ها به دست آمده اند. نتایج معادلات تقریبی و کامل در روش های خطی و غیرخطی تفاوت چندانی با هم ندارند. با این حال، در تمامی روش ها استفاده از معادلات تقریبی به زمان کمتری برای اجرا نیاز دارد. همچنین، ملاحظه گردید که در روش های درون یابی خطی و غیر خطی، نتایج درون یابی های ترکیبی در نقاط حداقل و میانه، در بازه ای مابین نتایج روش های درون یابی روی خط مکانی و زمانی قرار می گیرند. با آن که زمان پردازش مسایل با درون یابی های ترکیبی بیشتر از روش های درون یابی مکانی و زمانی است، جواب های دقیق تری را به دست نمی دهند. از سوی دیگر، با کاهش عدد کورانت، درون یابی های غیرخطی جواب های دقیق تری نسبت به درون یابی های خطی ارائه می دهند و در میان روش های غیرخطی نیز روش هرمیت خطای عددی کمتری نسبت به روش اسپلاین دارد. در برخی از مدل ها نتایج روش های عددی ارائه شده با نتایج تجربی مقایسه گردید که نشان می دهد روش های غیرخطی اختلاف فاز کمتری با نتایج معیار دارند و در میان روش های غیرخطی هم روش هرمیت تأخر فاز کمتری نسبت به روش اسپلاین دارد. در بخشی از پایان نامه، مقایسه ای میان حساسیت روش های درون یابی خطی و غیرخطی به تغییرات عدد کورانت صورت گرفت که نتایج نشان دهنده حساسیت کمتر روش های غیرخطی بود. از لحاظ محور درون یابی نیز، حساسیت درون یابی مکانی نسبت به تغییرات عدد کورانت کمتر از درون یابی زمانی برآورد گردید. با مقایسه درون یابی های مختلف برای حل مسایل با شرایط مرزی پیچیده، ملاحظه گردید که نوع درون یابی مورد استفاده از اهمیت بالایی برخوردار نیست و در این مدل ها می توان از درون یابی های خطی (به دلیل هزینه محاسباتی پایین تر) استفاده کرد. برای مقایسه خطای عددی روش های درون یابی مختلف از روی کرد انرژی استفاده شده است که نشان دهنده خطای کمتر روش های غیرخطی و به ویژه روش هرمیت است. در مجموع، مقایسه میان دقت روش های مختلف درون یابی نشان داد که بهترین روش از لحاظ مکان درون یابی، درون یابی روی خط زمانی است. با این حال، این روش در مقایسه با درون یابی های مکانی به زمان و حافظه محاسباتی بیشتری نیاز دارد. در میان روش های درون یابی خطی و غیرخطی، روش هرمیت به عنوان بهترین روش درون یابی در روش مشخصه ها برای مسایل ضربه ی قوچ پیشنهاد می گردد.

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.

در مسائل هیدرولیکی فرسایش بستر یکی از مهم ترین عوامل مخرب به شمار می رود و کنترل آن در طراحی ها همواره مدنظر است. جریان پایین دست سازه های هیدرولیکی مانند کالورت ها، دریچه ها و سرریزها با عبور از بستر رسوبی و فرسایش بستر در نزدیکی سازه، در بلند مدت موجب ناپایداری سازه می شود. از این رو محققین جهت طراحی هرچه بهتر سازه های هیدرولیکی به مدل سازی و بررسی آزمایشگاهی پدیده ی آب شستگی پرداخته اند. در این راستا در تحقیق حاضر به مدل سازی آزمایشگاهی، آب شستگی پایین-دست سازه ی حذف پرش هیدرولیکی پرداخته شده است. بدین منظور یک سازه ی تبدیل جریان فوق بحرانی به زیربحرانی بدون وقوع پرش هیدرولیکی در مسیر جریان نصب شده و در شرایط هیدرولیکی مختلف، آب شستگی پایین دست این سازه مورد مطالعه قرار -گرفته است. آزمایش ها در کانالی به طول 9/5و عرض 0/4 متر بر روی بستری از رسوبات یکنواخت شنی انجام شده اند. 14 آزمایش در شرایط حذف پرش هیدرولیکی در سه عمق اولیه ی متفاوت و به ازای اعداد فرود مختلف در محدوده ی 2/05 تا 2/85 انجام شدند. محدوده ی اعداد فرود مورد بررسی بر اساس نتایج مطالعات پیشین انجام شده در زمینه ی حذف پرش هیدرولیکی انتخاب شد. علاوه بر آن دو آزمایش در شرایط وقوع پرش هیدرولیکی انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که در هر دو حالت وقوع و حذف پرش هیدرولیکی، بستر به صورت متقارن شسته می شود و حداکثر عمق آب شستگی در مجاورت دیواره ها اتفاق می افتد. در شرایط حذف پرش هیدرولیکی افزایش سرعت اولیه، عمق اولیه جریان و هم چنین عدد فرود چگالی ذرات منجر به افزایش ابعاد چاله ی آب شستگی از جمله حداکثر عمق، حداکثر طول چاله و نیز حداکثر ارتفاع تل ماسه می شود. در ادامه بر اساس پارامترهای هیدرولیکی و رسوبی موثر بر حداکثر عمق چاله ی آب شستگی روابطی تجربی به منظور برآورد حداکثر عمق و طول چاله ی آب شستگی در حالت حذف پرش هیدرولیکی استخراج شد. با استفاده از نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده و هم چنین مطالعات پیشین در زمینه آب شستگی پایین دست پرش هیدرولیکی، آب شستگی در حالت وقوع و حذف پرش هیدرولیکی مقایسه شد. نتایج تحلیل های مربوطه نشان داد که علی رغم مشابه بودن ساز و کار و روند تغییرات زمانی آب شستگی در دو حالت وقوع و حذف پرش، قدرت فرسایش جریان در حالت حذف پرش هیدرولیکی به طور قابل ملاحظه ای کم تر از حالت وقوع پرش است، اما با افزایش عدد فرود قدرت فرسایش جریان در حالت حذف و قوع پرش به یک دیگر نزدیک می شود.

یکی از عوامل مهم تخریب پلها آب شستگی می باشد. شناخت این پدیده و پیش بینی میزان آب شستگی و لحاظ کردن آن در طراحی پل ها و به کار بردن تمهیدات لازم برای کاهش و کنترل آب شستگی بسیار ضروری است.روشهای مختلفی برای کنترل و کاهش میزان آب شستگی پیشنهاد شده است. سنگ چین کردن اطراف پایه ، استفاده از طوقه در پایه و یا ترکیبی از این دو تاکنون مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از شکاف در پایه، از جمله روشهای پیشنهادی دیگر برای کنترل آب شستگی در پایه های پل می باشد.

در این پایان نامه ابتدا به معرفی سدهای زیرزمینی و کاربرد آن پرداخته و سپس به بررسی شاخصهای مکانی مورد نیاز جهت ساخت اینگونه سازه ها می پردازیم. شرایط نرمال یک سدزیرزمینی شامل یک سفره عمیق ، در یک دره ، با شیب مناسب با وجود تنگه باریک در معبر خروجی است. بررسی شاخصهایی از جمله زمین شناسی ، هیدرولوژی ، هیدروژئولوژی ، نیاز آبی ، شرایط اقتصادی-اجتماعی و زیست محیطی در منطقه مورد مطالعه صورت گرفته که شاخصهای مذکور دارای ویژگیهای ایده آلی هستند که محل انتخابی باید تمام شرایط را در بر داشته باشد. در این تحقیق مکانهایی جهت ساخت سد معرفی شد که پس از بررسی بر روی چهار محل انتخابی تنها تنگه حسین آباد واقع در 100 کیلومتری استان اصفهان به عنوان مطالعه موردی انتخاب گردید.

در این مطالعه خصوصیات هیدرولیکی گرداب ، از قبیل افت انرژی ، عمق گرداب، طول گرداب و عمق جریان در کانال پائین دست شیب شکن قائم با جریان زیربحرانی در بالادست و شیب معکوس در کانال پائین دست مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. همچنین مشخص شد که جریان در کانال پائین دست شیب شکن می تواند زیربحرانی و یا فوق بحرانی باشد.معادله ای تجربی نیز برای پیش بینی رژیم جریان توسعه داده شد. همچنین توزیع فشار وارد بر کف شیب معکوس در اثر برخورد جت ضربه ای مسطح مورد آزمایش قرار گرفت. مطالعه اخیر از دو بخش تحلیلی و آزمایشگاهی تشکیل شده است. آزمایشها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده عمران دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفته است.دو مدل ریاضی برای بیان ویژگیهای کمی شیب شکن مورد استفاده قرار گرفته است . در مدل ریاضی اول فرضیات استفاده شده توسط محققین قبلی، برای مدل جدید تعمیم داده شده است. در مدل ریاضی دوم جت سقوط یافته با جت مستغرق شبیه سازی شده و بیشترین سرعت جریان بر روی محور جت، در نزدیکی دال کف کانال پائین دست از فرمولهای تجربی بدست آمده است.

از دهه هفتاد تا به امروز روش مشخصه ها با شبکه ثابت بطور موفقیت آمیزی برای تحلیل شرایط میرائی جریان در شبکه ها و خطوط انتقال آب بکار می رود. دلیل آن هم این است که با این روش علاوه بر تحلیل دقیق، می توان مسائل مختلف را با شرایط مرزی پیچیده به سادگی مدل کرد. هنگام تحلیل میراثی جریان در شبکه ها و خطوط انتقال آب به علت عدم ارضا کامل شرط کورانت، استفاده از روشهای درونیابی امری اجتناب ناپذیر می باشد. بنابراین روشهای درونیابی خطی و غیر خطی مختلفی توسط محققین ارائه شده است که اکثر این روشهای درونیابی ضمن آنکه در معادلات کلاسیک ضربه قوچ بکار رفته اند، بیشتر از دیدگاه تئوری مورد بررسی قرار گرفته اند.در این پایان نامه ابتدا بررسی کلی بر حل تحلیلی معادلات تقریبی ضربه قوچ به روش اختلال صورت پذیرفته است، سپس روشهای درونیابی که تا بحال توسط محققین ارائه شده بعلاوه روشهای درونیابی پیشنهادی غیرخطی اسپلاین مرتبه سه روی خط مکانی، زمانی و ترکیبی (استفاده از تابع شکل مرتبه سه)، در معادلات کامل و تقریبی ضربه قوچ توسعه داده شده است. در ادامه تمام روشهای درونیابی توسعه داده شده فوق در یک خط انتقال آب با سه لوله سری و با شرایط مرزی مخزن و شیر واقعی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته و نشان داده می شود که: 1) هنگامی که از گام زمانی بزرگ در تحلیل استفاده می شود، درونیابی های اسپلاین مرتبه سه بالخصوص درونیابی اسپلاین مرتبه سه روی خط زمانی که در معادلات کامل ضربه قوچ توسعه داده شده است، جوابهای بهتری نسبت به درونیابی های خطی ارائه می کنند. 2) درونیابی رو خط زمانی در تمام حالات به غیر از درونیابی اسپلاین مرتبه سه با استفاده از معادلات تقریبی، جوابهای بهتری نسبت به درونیابی روی خط مکانی ارائه می کنند. 3) در مجموع بهترین روش درونیابی از لحاظ محاسباتی، درونیابی اسپلاین درجه سه روی خط مکانی با استفاده از معادلات تقریبی ضربه قوچ می باشد زیرا علاوه بر زمان تحلیل کم، دقت بالائی از خود نشان میدهد.

در تحقیق حاضر، وضعیت پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش سرریزهای اوجی با شیب کف منفی مورد بررسی قرار گرفته است. در این زمینه ضمن معرفی نوع جدیدی از پرش بر روی سطح شیب دار بنام پرش نوع ‏‎b-f‎‏، که در آن پنجه پرش بر روی شیب مثبت بدنه سرریز قرار دارد و انتهای پرش بر روی شیب منفی حوضچه تشکیل می گردد، خصوصیات مربوط به این نوع پرش و پرش نوع ‏‎f‎‏ مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که افزایش شیب منفی کف در حوضچه های آرامش موجب کاهش نسبت عمق مزدوج و همچنین کاهش نسبت طول گرداب پرش به عمق اولی پرش در این نوع پرش ها می شود. در این تحقیق نشان داده شده است که در حوضچه های آرامش سرریزهای اوجی، خصوصیات جریان پرش هایی که در محل پنجه سرریز و همچنین در محدوده منحنی پای سرریز تشکیل می شوند، بسیار به یکدیگر شبیه است. خصوصیات جریان پرش هایی که بر روی شیب ثابت بدنه سرریز قرار می گیرند با یکدیگر مشابه است. پرش های آزمایش شده در این تحقیق، افت نسبی انرژی در پرش های نوع ‏‎b-f‎‏ نسبت به پرش های تشکیل شده بر روی بسترهای افقی کمتر می باشد. براساس ازمایش های انجام شده، رابطه های تحلیلی-تجربی برای محاسبه طول گرداب و عمق ثانویه پرش هیدرولیکی برای پرش های نوع ‏‎f‎‏ و ‏‎b-f‎‏ ارادئه شده است.

در تحقیق حاضر، خصوصیات پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش سرریز اوجی با شیب کف منفی که منتهی به پله مثبت می باشد، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش شیب منفی ، سبب کاهش طول نسبی گرداب پرش و نسبت اعماق مزدوج می شود، اما اثر چندانی بر افت نسبی انرژی ندارد. چنانچه انتهای گرداب پرش داخل حوضچه آرامش قرار بگیرد، اثر ارتفاع پله مثبت بر نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش ، نامحسوس است. اگر انتهای پرش خارج از حوضچه قرار بگیرد افزایش ارتفاع پله مثبت ، سبب کاهش نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش می شود. خصوصیات پرش های تشکیل شده در محدوده انحنای پای سرریز بسیار شبیه هم می باشند. با انتقال پنجه پرش به نقاط بالاتر شیب ثابت بدنه سرریز، نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش به مقدار قابل توجهی افزایش و افت نسبی انرژی کاهش می یابد. براساس آزمایشهای انجام شده رابطه های نیمه تحلیلی برای محاسبه طول نسبی گرداب پرش و نسبت اعماق مزدوج ارائه شده است.