حذف پرش هیدرولیکی در محدوده تبدیل جریان فوق بحرانی به زیر بحرانی

به منظور کاهش انرژی جریان عبوری از روی سرریزها و محافظت نواحی پاییندست این سازهها، افزایش سطح آب در کانالها، افزایش دبی خروجی از زیر دریچه ها، کاهش زیر فشار در سازههای آبی و افزایش عمق آب در محدوده سازه و ایجاد یک سطح مقطع کنترل به منظور اندازهگیری دبی جریان، باید رژیم جریان از فوق بحرانی به زیر بحرانی تبدیل شود. تبدیل سریع رژیم جریان با انبساط سریع، توأم با آشفتگی و چرخش سطحی آب و افت انرژی موضعی زیاد همراه است که باعث ایجاد پدیده پرش هیدرولیکی میگردد. پرش هیدرولیکی از نوع جریانهای متغیر سریع بوده و کنترل و مهار آن الزامی است. در صورتیکه انرژی جریان در مسیر حرکت به طور تدریجی، یکنواخت و به آرامی کاهش یابد، پرش هیدرولیکی محدود می شود. بدین منظور می توان با تعریف یک سازه تبدیل مناسب در ناحیه انتقال به تبدیل رژیم جریان از فوق بحرانی به زیربحرانی بدون پرش هیدرولیکی پرداخت. در این تحقیق بر اساس روش ارائه شده توسط chow در سال 1959، با فرض خطی بودن پروفیل سطح آب و همچنین شیب خط انرژی به ارائه یک مدل تحلیلی برای تعیین پروفیل سطح سازه تبدیل با شیب منفی در ابتدا و شیب مثبت در انتها در شرایط هیدرولیکی مختلف برای اعداد فرود در محدوده 5/1 تا 5/6 در سازههای هیدرولیکی شبکههای آبیاری و زهکشی، پرداخته می شود. در این شرایط جریان از نوع متغیر تدریجی بوده و خطوط جریان به نحوی هدایت میشوند که تقریباً موازی و جریان آب آرام باشد. برای دستیابی به هدف تحقیق معادله تبدیلهای مورد نیاز در شرایط مختلف استخراج میگردد. مبنای این مدل استفاده از معادله انرژی می باشد. نتایج مدل سازی تحلیلی نشان می دهد، پس از یک مقدار مشخص از طول سازه، عمق پایین دست دیگر تابعی از طول سازه نیست. این عمق همواره بیشتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی معادل می باشد. ضمناً میزان اتلاف انرژی بر روی سازه در مقایسه با پرش هیدرولیکی معادل کاهش می یابد. در ادامه و به منظور صحت سنجی نتایج بدست آمده از مدل تحلیلی، از نتایج مدل سازی آزمایشگاهی استفاده می شود. در مجموع 6 مدل آزمایشگاهی برای هندسه تبدیل بر اساس نتایج مدل سازی تحلیلی ساخته شده است. در مدل آزمایشگاهی به بررسی ویژگیهای هیدرولیکی جریان در این تغییر رژیم بر اساس مشاهدات و اندازه گیری های مربوط به جریان پرداخته خواهد شد. مشخصات هندسی مدل های طراحی شده که تأثیر تغییرات آنها بر شرایط هیدرولیکی جریان مورد بررسی قرار می گیرد شامل طول تبدیل, ارتفاع تبدیل, فرم هندسی سطح تبدیل، اعماق آب بالادست و پایین دست تبدیل، تغییر دبی جریان و به تبع آن تغییر عمق و سرعت جریان و نیز توزیع فشار بر روی سازه تبدیل است. بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی، نوعی از پرش هیدرولیکی بر روی شیب مثبت سازه های تبدیل با قدرت و طولی به مراتب کمتر از پرش هیدرولیکی کلاسیک معادل به نام پرش هیدرولیکی ناقص معرفی گردید. در ادامه نتایج مربوط به پرش هیدرولیکی ناقص بر روی سازه های تبدیل در مدل های آزمایشگاهی ارائه شده و در پایان با استفاده از داده های آزمایشگاهی الگوریتمی برای محاسبه پارامترهای پرش هیدرولیکی ناقص تثبیت شده بر روی شیب مثبت سازه های تبدیل ارائه می گردد.