بررسی خصوصیات هیدرولیکی و کاهش نیرو و ارتعاش جریان در شیب شکن ها به وسیله ی میراگرها

یکی از عوامل موثر در طراحی سازه ای شیب شکن های قائم، نیروی وارده از طرف جریان پرتابی بر روی کف سازه است. اختلاف فشار هوا بین دو طرف جریان پرتابی، باعث ایجاد نوسان در تیغه ی جت ریزشی می شود و نیروی دینامیکی را بر کف سازه وارد می کند. این نوسان ها می تواند منجر به تخریب سازه نیز گردد. اگر بتوان میزان و دامنه ی نوسان نیرو را کاهش داد، می توان سازه ای به مراتب سبک تر، کم هزینه تر و با عمر مفید بالاتری را طراحی و اجرا کرد. در این تحقیق، با استفاده از میراگرهای غیر فعال، تأثیر آن ها بر کاهش میزان و دامنه ی نیروی دینامیکی وارده از طرف جریان ریزشی بر کف شیب شکن قایم تجزیه و تحلیل شده است. تحقیق حاضر از دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی تشکیل شده است. در بخش صحت سنجی، خصوصیات هیدرولیکی جریان در شیب شکن های قائم اندازه گیری شده و با نتایج پیشین مقایسه شده است. همچنین، با ساخت دستگاه مخصوص اندازه گیری نیرو، دامنه و مقدار نیروی دینامیکی وارد بر کف شیب شکن از طرف جریان ریزشی به دست آمد. با به کار بردن سه نوع میراگر با سختی های متفاوت، تأثیر وجود میراگرها بر کاهش دامنه و میزان نیروی دینامیکی وارد بر پایین دست شیب شکن از طرف جریان ریزشی بررسی شده است. در بخش تحلیلی، با ارایه ی یک روش به بررسی چگونگی تغییرات نیروی دینامیکی این قبیل سازه ها پرداخته شد و برای صحت سنجی این روش، نتایج آن با داده های آزمایشگاهی تحقیق حاضر مقایسه گردید. نتایج آزمایشگاهی خصوصیات هیدرولیکی جریان از قبیل عمق لبه، عمق گرداب، طول سطح گرداب، طول شیب شکن، عمق فوق بحرانی در پایین دست، عرض جت در محل برخورد با سطح گرداب، محل و زاویه ی برخورد جت ریزشی در پایین دست شیب شکن و فشار های وارده از طرف جریان بر کف شیب شکن قائم با نتایج آزمایشگاهی و روابط تحلیلی ارایه شده توسط دیگر محققین تطابق خوبی دارد. همچنین، نیروهای جریان ریزشی به دست آمده از دستگاه نیروسنج نیز با روابط تحلیلی ارایه شده در این تحقیق و روابط ارایه شده توسط دیگر محققین مقایسه شده و صحت سنجی های لازم صورت گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که متغیرهای فرکانس، دامنه و میزان نیروی دینامیکی جریان، رابطه ی مستقیم با ارتفاع شیب شکن و دبی جریان دارد. باتوجه به نتایج آزمایش ها، استفاده از میراگرها در کف شیب شکن ها تأثیر قابل ملاحظه ای بر کاهش دامنه و میزان نیروی دینامیکی جریان ریزشی داشته است. استفاده از میراگر نوع 3، باعث استهلاک دامنه ی نیروی دینامیکی جریان ریزشی به میزان 81% گردیده است. همچنین، مقدار نیروی اعمالی از طرف جریان ریزشی به تکیه گاه را نیز به میزان 25% کاهش داده است. این مقادیر برای میراگر نوع 1 به ترتیب برابر با 75% و 25% و برای میراگر نوع 2 به ترتیب برابر با 64% و 19% است. در بخش تحلیلی، روشی برای برآورد نیروی دینامیکی جت ریزشی وارد بر کف پایین دست شیب شکن های قائم ارایه شده است. نتایج روابط تحلیلی ارایه شده نشان می دهدکه اگر مقادیر دو پارامتر دامنه ی فشار متغیر سینوسی دو طرف جت و اختلاف فشار ثابت بین پشت و سطح جت ریزشی در دسترس باشد، برآورد صحیحی از نیروی دینامیکی جت ریزشی امکان پذیر است.