مطالعه آزمایشگاهی مشخصات نواحی جداشدگی جریان در تقاطع چهار شاخه ی 90 درجه کانال های روباز با جریان زیربحرانی

چکیده مقدمه: یکی از مشکلات موجود در محل تقاطع کانال‌ها توسعه‌ی ناحیه‌ی جداشدگی در کانال‌های پایین دست محل تقاطع می-باشد. ایجاد ناحیه جداشدگی نقش مهمی در تعیین محل سازه‌های هیدرولیکی پایین دست داشته و افزایش ابعاد آن، کاهش سطح مقطع جریان را به دنبال دارد. با توجه به اثرات توسعه ناحیه جداشدگی، مطالعه در این زمینه همواره مورد توجه محققین قرار داشته است. در این تحقیق تاثیر عواملی نظیر نسبت دبی ورودی، ارتفاع سرریزهای خروجی و ارتفاع کف کانال های ورودی بر روی ابعاد ناحیه جداشدگی در تقاطع چهار شاخه 90 درجه با جریان زیربحرانی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش ها: آزمایش‌ها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز انجام شد. مدل آزمایشگاهی از یک کانال اصلی به طول 8.4 متر و کانال فرعی به طول 4.4 متر تشکیل شده که ارتفاع و عرض کانال‌ها به ترتیب 50 و 40 سانتیمتر بود. زاویه بین دو کانال 90 درجه و شیب کف آن‌ها صفر در نظر گرفته شد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای هندسی و هیدرولیکی مختلف نظیر ارتفاع سرریزهای کانال های خروجی، تراز کف کانال فرعی و نسبت دبی ورودی بر روی مشخصات ناحیه جداشدگی در کانال های خروجی در تقاطع 90 درجه با دو کانال ورودی و دو کانال خروجی به صورت آزمایشگاهی بررسی شد. در آزمایش‌ها به منظور بررسی الگوی جریان و همچنین اندازه‌گیری ابعاد ناحیه جداشدگی از تزریق ماده رنگی، خاک اره، خط کش و متر استفاده شد. نتایج و بحث: نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش نسبت دبی ورودی ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال‌های خروجی افزایش می یابد به‌طوری‌که حداقل تغییرات (نسبت طول ناحیه جداشدگی در کانال اصلی به عرض کانال) در حدود 45 درصد بود. کاهش ارتفاع سرریزهای خروجی نیز سبب افزایش ابعاد ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی شد. با افزایش ارتفاع کف کانال‌های فرعی، ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی اصلی افزایش یافته که محدوده تغییرات بین 0.8 تا 2.75 بود در صورتی‌که ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی فرعی کاهش یافته و محدوده تغییرات (نسبت طول ناحیه جداشدگی در کانال فرعی به عرض کانال) بین 0.2- 2 بود . همچنین نتایج نشان داد که با افزایش نسبت ارتفاع سرریز انتهای کانال فرعی به ارتفاع سرریز انتهای کانال اصلی ابعاد ناحیه جداشدگی در هر دو کانال اصلی و فرعی خروجی افزایش می‌یابد به طوری که محدوده تغییرات (طول ناحیه جداشدگی به عرض کانال) به ترتیب بین 0.2-1.4 و 0.2 -2 بود. با وجود تغییر ابعاد ناحیه جداشدگی به ازای شرایط جریان متفاوت نسبت عرض به طول ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی اصلی و فرعی ثابت و مقدار آن به ترتیب برابر با 0.16و 0.25 بود. در نهایت معادلات رگرسیونی برای محاسبه ابعاد ناحیه جداشدگی ارائه شدند به طوری که نتایج آن‌ها مطابقت خوبی را با یکدیگر نشان داد. نتیجه‌گیری: در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی، ارتفاع سرریزهای انتهای کانال‌ها و ارتفاع کف کانال‌های فرعی بر روی ابعاد ناحیه جداشدگی در تقاطع 90 درجه کانال های روباز بررسی شد. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش نسبت دبی ورودی و ارتفاع سرریزهای انتهایی، ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال خروجی اصلی و فرعی افزایش می‌یابد. با افزایش ارتفاع کف کانال فرعی ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال اصلی افزایش یافت اما این ابعاد در کانال خروجی فرعی با کاهش همراه بود. همچنین با افزایش نسبت (نسبت ارتفاع سرریزخروجی فرعی به اصلی) ابعاد ناحیه جداشدگی در دو کانال خروجی افزایش یافت.