تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه پهن مستطیلی دوشیبه بر ضریب دبی و مشخصه های جریان

سرریزها سازه های هیدرولیکی ساده ای هستند که به منظور کنترل سطح آب و اندازه گیری شدت جریان در کانال های انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها را بر حسب طول تاج آن ها در جهت جریان، به سه گروه سرریزهای لبه تیز، لبه کوتاه و لبه پهن تقسیم بندی می کنند. در سرریزهای لبه پهن، لبه ی سرریز به اندازه ی کافی پهن بوده و در مقایسه با سایر ابعاد دارای اندازه ی قابل ملاحظه ای می باشد که این ویژگی سبب می شود که توزیع فشار بر روی تاج سرریز تقریبا هیدرواستاتیک بوده و خطوط جریان دارای انحنای کمی باشند. در این حالت سرریز به گونه ای عمل خواهد کرد که جریان در بالادست آن زیربحرانی و در روی آن فوق بحرانی شده و در نتیجه یک مقطع کنترل جریان بحرانی بر روی سرریز ایجاد می شود. سرریز لبه پهن مستطیلی دوشیبه سرریز نسبتا جدیدی است که از ترکیب سرریز لبه پهن مستطیلی استاندارد و سرریز کرامپ حاصل می شود. ایده ی استفاده از چنین سرریزی بر این اساس بوده است که استحکام بالای سرریز لبه پهن مستطیلی استاندارد و ضریب دبی نسبتا بالای سرریز کرامپ را در هم ادغام کرده تا سرریزی با مشخصات مطلوب تر حاصل شود. مطالعاتی که پیش از این در مورد سرریزهای لبه پهن صورت گرفته است نشان می دهد که ضریب دبی در این سرریزها تابعی از طول سرریز، عرض سرریز، شکل تاج، ارتفاع سرریز، ارتفاع آب روی سرریز و شیب وجه بالادست می باشد. در این تحقیق با استفاده از مدل آزمایشگاهی تاثیر خصوصیات هندسی سرریز لبه پهن مستطیلی دوشیبه شامل طول تاج سرریز در جهت جریان، شیب وجوه بالادست و پایین دست سرریز و ارتفاع سرریز بر ضریب دبی، پروفیل سرعت و فشار و نیز پروفیل سطح آب مورد بررسی قرار گرفت. ضمن اینکه بررسی تاثیر انحنای پیشانی بالادست و پایین دست این نوع سرریز بر ضریب دبی مد نظر می باشد. تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که وقتی که هد آب از مقدار مشخصی کمتر شد، در ناحیه ای بر روی تاج سرریز افزایش ناگهانی در سطح آب به شکل یک موج کوچک مشاهده شد. هرچه شیب وجه بالادست ملایم تر شد، ارتفاع موج کاهش یافت و موقعیت تشکیل آن نیز به سمت پایین دست جابجا شد. زبر کردن تاج سرریز سبب شد که موج ضعیف تر شود. انحنای پیشانی بالادست سرریز نیز علاوه بر این که تا حد زیادی از جدایی خطوط جریان در این ناحیه جلوگیری کرد، سبب منظم تر شدن جریان عبوری شده و مقدار افت سطح آب را در ورودی کاهش داد. با افزایش طول تاج سرریز پروفیل سطح آب عبوری از روی آن به شکل کاملا منظم و موازی در آمد. در ابتدای لبه بالادست تاج سرریز کاهش فشار مشاهده شد که تحت تاثیر افت سطح جریان(کاهش عمق جریان زیربحرانی در اثر برخورد با مانع) و جداشدگی جریان در این ناحیه بود. هرچه شیب وجه بالادست بیشتر گردید، این کاهش فشار شدیدتر گشت. با ایجاد انحنا در پیشانی بالادست سرریز از میزان جداشدگی جریان کاسته شده و به تبع آن افت فشار کمتری در این حالت رخ داد. در ابتدای لبه پایین دست سرریز(انتهای تاج سرریز) به علت پدیده جداشدگی جریان میزان فشار کاهشیافت و این کاهش فشار در دبی های بالا شدیدتر بود. وقتی از شیب 63.4درجه در پایین دست سرریز استفاده شد، فشار در آن قسمت منفی شده و پدیده مکش هوا رخ داد. هنگامی که پیشانی پایین-دست سرریزها دارای انحنا شد توزیع فشار یکنواخت تر شده و احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون کاهش یافت. در ابتدای تاج سرریز سرعت جریان در نزدیکی تاج ماکزیمم است و با دور شدن از تاج مقدار آن کاهش یافت. در مقطع وسط تاج سرریز با فاصله گرفتن از تاج ابتدا بر مقدار سرعت جریان افزوده شد و بعد از این که به مقدار ماکزیمم خود رسید، سرعت به تدریج کاهش یافته و در نزدیکی های سطح آب به کمترین مقدار خود رسید. در مقطع انتهایی تاج سرریز به دلیل انحنای سطح جریان، سرعت جریان در سطح کمترین مقدار را دارا بوده و با فاصله گرفتن از کف سرعت کاهش یافت. کم شدن شیب وجه بالادست سبب افزایش مقدار ضریب دبی شده است. با افزایش شعاع انحنای پیشانی بالادست، مقدار ضریب دبی نیز افزایش یافت.