بررسی خصوصیات جریان در سرریز جانبی چندوجهی مثلثی

سرریز جانبی سازه ای هیدرولیکی است که در زمانی که سطح آب در کانال اصلی از حدی مشخص بالاتر می رود جریان را به کانال جانبی منتقل می نماید. سرریز جانبی که به عنوان سرریز کناری هم شناخته می شود به صورت گسترده ای برای خروج جریان و تنظیم ارتفاع آب در سیستم های آبیاری و زهکشی و سیستم فاضلاب شهری مورد استفاده قرار می گیرد. سرریز های جانبی به شکل های هندسی مختلف از جمله مستطیل، مثلث و غیره ساخته می شوند. سرریزهای جانبی در پلان نیز می توانند مستطیل، مثلث و غیره ساخته شوند. این سرریزها به عنوان سرریز جانبی چندوجهی شناخته می شوند. مطالعات متعددی روی سرریزهای جانبی مستطیلی و مثلثی در کانال های مستقیم صورت گرفته است. با این حال این مطالعات برای سرریزهای جانبی چندوجهی صحیح نیست. در این تحقیق خصوصیات هیدرولیکی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی با طول-های مختلف در جریان زیر بحرانی مورد بررسی قرار گرفته شده است. بدین منظور ضرایب دبی، نیم رخ های سطح آب، تغییرات انرژی مخصوص در امتداد سرریز، توزیع سه بعدی نیم رخ های سرعت واقع در روی سرریز جانبی و تغییرات زاویه جریان روی سرریز جانبی مورد بررسی واقع شده است. بررسی نتایج نشان می دهد که ضریب دبی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی دارای مقدار بیشتری نسبت به ضریب دبی سرریز جانبی مستطیلی می باشد. دلیل اصلی آن را می توان افزایش طول تاج سرریز بیان نمود. با افزایش طول تاج سرریز شدت جریان ثانویه افزایش می یابد. ضریب دبی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی تک سیکل 5/1 تا 2/2 برابر سرریز جانبی مستطیلی محاسبه شد. همچنین ضریب دبی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی دو سیکل 8/1 تا 5/2 برابر سرریز جانبی مستطیلی بدست آمد. ضریب دبی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی دو سیکل نیز 1/1 تا 5/1 برابر ضریب دبی سرریز جانبی چندوجهی مثلثی تک سیکل محاسبه گردید. با افزایش ضریب دبی (cd) مقدار پارامتر بدون بعد ارتفاع سرریز (p/h1) و 1fr افزایش خواهد یافت. همچنین با افزایش پارامتر بدون بعد طول سرریز (l/w) ضریب دبی افزایش می یابد. تحلیل نتایج مربوط به نیم رخ سطح آب نشان می دهد که در عدد فرود پایین برای سرریز جانبی مستطیلی نیم-رخ سطح آب تقریباٌ افقی است. با افزایش عدد فرود نیم رخ سطح آب در نزدیک به لبه ابتدای سرریز جانبی کمی پایین می-افتد. بعد از آن به آرامی تا لبه انتهایی تاج سرریز جانبی در پایین دست بالا می رود. بیشترین ارتفاع آب در لبه انتهای سرریز جانبی قرار دارد. نیم رخ سطح آب در سرریز جانبی چندوجهی مثلثی به این صورت است که کمترین ارتفاع آب در نزدیک به لبه ابتدایی تاج سرریز قرار دارد. بعد از این مقدار حدافل با حرکت در جهت جریان عمق آب افزایش یافته و بیشترین عمق در لبه انتهایی تاج سرریز در پایین دست اتفاق خواهد افتاد. نتایج نشان می دهد که نیم رخ سطح آب در بالادست و پایین دست سرریز جانبی که دور از صفحه سرریز قرار دارند تقریباٌ افقی بوده و مقادیر vyو vz ناچیز هستند. نتایج حاکی از آن بود که سرعت جریان در راستای کانال اصلی (vx) با نزدیک شدن به ابتدای سرریز افزایش یافته و بیشترین سرعت vx در نزدیکی لبه ابتدایی سرریز رخ می دهد. با ورود جریان به صفحه سرریز این سرعت کاهش یافته تا جایی که کمترین سرعت در نزدیکی لبه انتهایی سرریز می باشد. پس از عبور جریان از صفحه سرریز، سرعت vx دوباره افزایش یافته تا اینکه به مقدار تقریباٌ ثابتی برسد. با بررسی مقادیر سرعت در راستای عمود بر صفحه سرریز (vy) مشخص شد که این مولفه از سرعت قبل از شروع سرریز ناچیز است، اما با ورود جریان به صفحه سرریز به شدت افزایش می یابد. این افزایش سرعت در طول تاج سرریز ادامه داشته تا جایی که حداکثر سرعت vy در نزدیکی وسط سرریز مشاهده می شود. پس از آن این سرعت به صورت ناگهانی افت کرده به گونه ای که مقدار آن در پایین دست سرریز ناچیز می گردد. بررسی داده های سرعت در راستای عمق جریان (vz) نشان داد که در نزدیکی لبه تاج سرریز جریان به شدت از پایین به بالا حرکت دارد. اما در اعماق بالاتر این سرعت به تدریج کاهش یافته تا جایی که در نزدیکی سطح آب جهت سرعت vz معکوس گشته و راستای حرکت جریان از بالا به سمت پایین می گردد. نتایج مربوط به تغییرات زاویه جریان داخل کانال اصلی در محل سرریز جانبی نشان می دهد که در لبه ابتدایی سرریز جانبی در بالادست زاویه جریان در راستای طولی کانال اصلی می باشد. با ورود جریان به صفحه سرریز از مقدار آن کاسته شده تا جایی که کمترین مقدار ? در نزدیک به لبه انتهایی سرریز جانبی در پایین دست اتفاق می افتد در بالادست و پایین دست سرریز جانبی که دور از صفحه سرریز قرار دارند زاویه جریان در راستای طولی کانال اصلی می باشد. در مجاورت سرریز جانبی با افزایش 1fr، ? افزایش می یابد و در نتیجه زاویه جریان به سمت محور طولی کانال اصلی متمایل می گردد.