بررسی اثر زاویه همگرایی بر خصوصیات جریان غلیظ

جریان غلیظ، جریانی است که به علت اعمال نیروی ثقل بر روی اختلاف چگالی دو سیال به وجود می آید. در صورتی که این جریان وارد یک سیال دیگر با غلظت پایین تر شود به یک جریان غلیظ زیرگذر تبدیل می شود. یکی از مهمترین پدیده ها در رسوبگذاری مخازن سدها، جریان غلیظ می باشد که در ایران نیز رسوب گذاری در مخازن سدها حائز اهمیت زیادی است. از همین رو باید نقش این جریانها در فرآیند رسوب گذاری مخازن شناسایی شده و با شناخت پارامترهای مختلف این جریان نسبت به مدیریت رسوب مخازن اقدامات موثر را انجام داد. یکی از پارامترهای بسیار موثر در تغییر هیدرولیک جریان غلیظ، تغییرات مقطع رودخانه در مخازن سدها می باشد. بر این اساس در مطالعه حاضر به بررسی آزمایشگاهی خصوصیات جریان غلیظ در مقاطع همگرا پرداخته شده است. آزمایشات با سه دبی (58/0، 98/0 و 28/1 لیتر بر ثانیه) و سه شیب (009/0، 0125/0 و 016/0) و سه غلظت ( 10، 16 و 25 گرم بر لیتر) در فلومی شیب پذیر با سه زاویه همگرایی (8، 16 و 25 درجه) با استفاده از محلول آب و نمک به عنوان ماده غلیظ در آزمایشگاه مدلهای فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام پذیرفت. طول فلوم 6 متر و عرض آن برابر با 5/72 سانتیمتر است که در مقطع تنگ شده به 20 سانتیمتر تبدیل می گردد. برای اندازه گیری سرعت در بدنه جریان از یک دستگاه سرعت سنج اکوستیک پروفایلر (dop 2000) و برای اندازه گیری مشخصه سرعت پیشانی جریان از اندازه گیری مشاهداتی و کنترل با تصاویر ثبت شده توسط دوربین فیلمبرداری استفاده شده است. آزمایشات نشان داد که افزایش شیب کف، دبی جریان و غلظت جریان همگی باعث افزایش سرعت پیشانی و همچنین افزایش سرعت ماکزیمم در پروفیل بدنه جریان غلیظ می شود. همچنین افزایش زاویه همگرایی مقطع باعث کاهش سرعت پیشانی و کاهش سرعت ماکزیمم در بدنه جریان می گردد. رابطه ای جهت پیش بینی مقدار بی بعد سرعت پیشانی با استفاده از دبی بی بعد جریان، شیب کف و زاویه همگرایی ارائه گردید. تأثیر پارامترهای مختلف بر میزان شدت اختلاط نیز بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که افزایش شیب کف فلوم و دبی جریان باعث افزایش میزان شدت اختلاط می گردد. همچنین با افزایش غلظت جریان از میزان شدت اختلاط کاسته می شود. در نهایت رابطه ای برای تخمین میزان شدت اختلاط در کلیه مقاطع ارائه گردید. پروفیل های سرعت برداشت شده در بدنه جریان با معادلات لگاریتمی و گوسین بیان شده در حالت دیواره و جت مقایسه شد و مشخص گردید که توزیع سرعت از روابط ذکر شده تبعیت می کند. همچنین ضرایب در معادله گوسین جت جریان برای هر کدام از زوایای همگرایی بدست آمد.