بررسی اثر مشترک شیب کف و دبی جریان غلیظ بر روی کشش آب به جریان غلیظ

رسوب گذاری در مخازن سدها مهمترین عامل کاهش عمر مفید سد و حجم ذخیره آن می باشد. مواردی چون گرفتگی دریچه های تحتانی و مسیرها در سدها، آسیب رساندن به تجهیزات نیروگاهی، کاهش کیفیت آب مخزن و ... همگی خسارات مالی و زیست محیطی فراوانی را به دنبال خواهند داشت. بنابراین بررسی هر چه بیشتر عوامل رسوب گذاری در مخازن و جنبه های مختلف آن لازم می باشد. از مهمترین عوامل رسوب گذاری در سدها جریان های غلیظ یا کدر می باشند که در تعریفی ساده جریان غلیظ به جریانی گفته می شود که سیالی درون سیال دیگر با چگالی متفاوت حرکت کند. عامل حرکت این گونه جریان ها اثر نیروی ثقل بر اختلاف چگالی می باشد. جریان های غلیظ در سدها بیشتر از نوع زیرگذر بوده و دارای سه بخش رأس، بدنه و نقطه غوطه وری می باشند. از پدیده های موجود در این نوع جریان ها، اختلاط یا ورود سیال پیرامون به درون جریان غلیظ می باشد که بر اثر اختلاف فشار بین دو سیال و وجود تنش برشی در مرز مشترک دو سیال حاصل می گردد. در این تحقیق به بررسی تأثیر شیب، دبی و غلظت بر شدت اختلاط در بدنه و رأس جریان غلیظ و مقایسه شدت اختلاط در بدنه و رأس پرداخته شده است. همچنین بررسی اثر شیب، دبی، غلظت و کشش سیال پیرامون بر سرعت رأس جریان غلیظ و پروفیل های سرعت در بدنه مورد مطالعه قرار گرفتند. آزمایشات مورد نیاز در فلومی به طول 8/7 متر و عرض cm35 با ارتفاع cm70 با استفاده از محلول آب ونمک و ماده رنگی در آزمایشگاه مدل های فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران صورت گرفت. مدل آزمایشگاهی دارای سیستم اختلاط و پمپاژ جهت انحلال آب ونمک و انتقال آن به فلوم می باشد. آزمایشات با 4 دبی (5/0 الی 4/1 لیتر بر ثانیه) و 7 شیب (1% الی 4%) و دو غلظت 20 و 40 گرم در لیتر که مجموعاً 56 آزمایش می باشند، انجام گرفت. موارد اندازه گیری شده شامل سرعت رأس، ارتفاع رأس و پروفیل های سرعت در بدنه می باشند. وسائل اندازه گیری مورد استفاده شامل سرعت سنج آکوستیک (dop2000) جهت اندازه گیری پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ، کرنومتر و اشل برای اندازه گیری سرعت و ارتفاع رأس جریان غلیظ و هیدرومتر جهت اندازه گیری دانسیته سیال غلیظ می باشند. همچنین از ec سنج برای اندازه گیری دما و ec جهت کنترل آزمایشات استفاده گردید. به طور کلی نتایج نشان می دهند که با افزایش هر یک از متغیرهای شیب، دبی و غلظت شدت اختلاط در رأس و بدنه افزایش می یابد. از طرفی شدت اختلاط در رأس جریان به طور متوسط 7 برابر بیش از بدنه می باشد. جهت برآورد شدت اختلاط در بدنه جریان غلیظ بر اساس عدد ریچاردسون علاوه بر داده های آزمایشگاهی حاصل از این تحقیق با جمع آوری داده های آزمایشگاهی محققین دیگر، روابطی استخراج گردید و با روابط ارائه شده توسط دیگران مقایسه شدند که در نهایت رابطه تصحیح شده گارسیا (1985) و پارکر و همکاران (1987) جهت تخمین شدت اختلاط در بدنه پیشنهاد گردید. در بررسی سرعت رأس جریان نیز مشاهده گردید که با افزایش هر یک از متغیرهای شیب، دبی، غلظت و کشش سیال پیرامون سرعت رأس جریان نیز افزایش می یابد. همچنین در دبی ها و غلظت های بالاتر حساسیت سرعت رأس به تغییرات شیب بیشتر می باشد. در بررسی حساسیت سرعت رأس به تغییرات دبی نیز مشاهده گردید که در دو غلظت، حساسیت تقریباً نزدیک به هم بوده و در شیب های بالاتر این میزان بیشتر می گردد. در بررسی دیگری ضریب رابطه کولگان با استفاده از نتایج آزمایشگاهی مطالعه حاضر و دیگران مقداری برابر با 64/0 حاصل گردید. با آنالیز ابعادی متغیرهای آزمایشات در مطالعه حاضر و عوامل دخیل بر سرعت رأس جریان اعداد بدون بعدی استخراج گردید که با استفاده از نرم افزار spss رابطه ای میان این اعداد ایجاد گردید. در بررسی پروفیل های سرعت در بدنه جریان غلیظ با تغییرات شیب، دبی، غلظت و کشش سیال پیرامون مشاهده گردید، سرعت ماکزیمم به طور کلی با افزایش هر یک از این متغیرها، افزایش پیدا می کند. ارتفاع سرعت ماکزیمم نیز با افزایش دبی، شدت اختلاط و کاهش شیب افزایش می یابد. در بررسی ارتفاع نقطه صفر سرعت در پروفیل های بدست آمده مشاهده گردید که با افزایش دبی، غلظت و شدت اختلاط، افزایش یافته و با افزایش شیب این مقدار کاهش می یابد.