بررسی برخی از خصوصیات جریان در دریچه جانبی کشویی مستطیلی

چکیده دریچه کشویی جانبی یک سازه اندازه گیری جریان است که در دیواره کانال نصب می شود با این هدف که به قسمتی از جریان اجازه عبور از دیواره را بدهد. دریچه کشویی جانبی در آبیاری و زهکشی، سیستم فاضلاب شهری، مهندسی بهداشت و به عنوان یک سازه تنظیم کننده جریان استفاده می شود. جریان در یک دریچه کشویی جانبی از نوع جریان متغیر مکانی با کاهش دبی است. در این نوع جریان، مقدار دبی در طول کانال اصلی کاهش می یابد و با توجه به شرایط جریان در بالادست دریچه (زیر یا فوق بحرانی) پروفیل سطح آب در نزدیکی دریچه و همچنین مقطع کنترل متفاوت خواهد بود. در این تحقیق خصوصیات هیدرولیکی دوازده مدل آزمایشگاهی دریچه لبه تیز جانبی در شرایط جریان زیربحرانی آزمایش گردید. به این منظور ضریب دبی، نیمرخ های سطح آب، تغییرات انرژی مخصوص در امتداد طول دریچه، توزیع نیمرخ های سرعت سه بعدی در کانال اصلی، جهت خطوط سرعت، زاویه جت خروجی در طول دریچه و تغییرات سرعت با شرایط متفاوت جریان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار سرعت طولی (vx) در فاصله 3 سانتی متری از دیواره کانال در نزدیکی ابتدای دریچه جانبی اتفاق می افتد در حالی که کمترین مقادیر این مولفه سرعت در انتهای دریچه جانبی رخ می دهد. پس از عبور جریان از دریچه، سرعت طولی دوباره افزایش یافته تا به مقدار ثابتی برسد. تغییرات vx در طول دریچه جانبی در فاصله 10 سانتیمتری از دیواره و محور مرکزی کانال مشابه فاصله 3 سانتی متری از دیواره کانال می-باشد با این تفاوت که شدت تغییرات در آن ها کاهش یافته است. بررسی سرعت عمودی (vy) در فاصله 3 سانتیمتری از دیواره کانال نشان داد که قبل و بعد از دریچه جانبی مقادیر آن بسیار ناچیز بوده و در حضور دریچه جانبی به شدت افزایش یافته است. محل وقوع بیشینه مقدار vy در لبه بالایی دریچه جانبی قرار دارد و جهت حرکت vy در تمام نقاط از سطح آب به سمت کف کانال می باشد. مقادیر vy در فاصله 10 سانتیمتری و محور مرکزی کانال بسیار ناچیز می باشد. با بررسی مقادیر سرعت عرضی (vz) مشخص شد که این مولفه سرعت نیز قبل و بعد از دریچه دارای مقادیر اندکی می باشد و در حضور دریچه جانبی، محل وقوع بیشینه مقدار vz در کف کانال قرار دارد. مقادیر vz در فاصله 10 سانتیمتری و محور مرکزی کانال نسبت به فاصله 3 سانتیمتری از دیواره کانال کمتر شده اند. تأثیر تغییرات عدد فرود ، بازشدگی و طول دریچه جانبی بر نیمرخ های سرعت در سه بعد بررسی گردید. این بررسی ها نشان داد که افزایش عدد فرود باعث کاهش vx ازبالادست تا ابتدای دریچه و افزایش آن از میانه دریچه تا پایین دست دریچه می شود. همچنین افزایش عدد فرود سبب کاهش مقادیر vy و vz در محدوده دریچه جانبی می گردد. این در حالی است که افزایش میزان بازشدگی و طول دریچه جانبی باعث افزایش vx ازبالادست تا ابتدای دریچه و کاهش آن از میانه دریچه تا پایین دست دریچه می شود. همچنین افزایش این دو پارامتر سبب افزایش مقادیر vy و vz در محدوده دریچه جانبی می گردد. در این تحقیق معادلاتی نیز برای تعیین دبی خروجی از دریچه جانبی، ضریب دبی و زاویه جت خروجی ارائه شد.