اثر ارتفاع،تراکم و نوع آرایش زبری روی ضریب زبری و پروفیل های سرعت

در مرحله طراحی پروژه های عمرانی، تخمین ضریب زبری مانینگ برای محاسبه دقیق و واقعی دبی، سرعت و عمق جریان، ظرفیت انتقال و نگهداری سیلاب ضروری است. توزیع سرعت جریان به عنوان یک پارامتر کلیدی برای تعیین مشخصات جریان مانند دبی، توزیع تنش برشی، رسوبگذاری، فرسایش، تلفات انرژی و ضرایب تصحیح انرژی و مومنتم مورد نیاز است. در این تحقیق به بررسی اثر تراکم، ارتفاع و آرایش زبری های مصنوعی بر مقاومت جریان، مشخصات و اشکال پروفیل های سرعت پرداخته شده است. برای انجام تحقیق حاضر، آزمایش ها در آزمایشگاه مدل های فیزیکی دانشگاه شهید چمران اهواز و در فلومی به طول 15 متر، عرض 3/0 متر و عمق 5/0 متر در شیب کف افقی انجام شد. برای دستیابی به اهداف تحقیق، مجموعاً 48 آزمایش با 3 ارتفاع متغیر زبری(15،10،5میلیمتر)، 2درصد تراکم زبری(50%،25%)،2 نوع آرایش زبری (منظم و شطرنجی) و 4 مقدار متغیر دبی جریان در طول زبر 7/3 متری از کف فلوم و 4 آزمایش با کف صاف انجام پذیرفت. در هر آزمایش پس از قرار گیری زبری در بستر فلوم، جریان به داخل فلوم هدایت شده و پس از تثبیت کامل جریان، پروفیل سطح آب، عمق جریان و پروفیل سرعت در 3 مقطع (ابتدا، وسط و انتهای طول زبر) اندازه گیری می شد. نتایج نشان داد که شکل پروفیل سرعت به ارتفاع، تراکم و آرایش زبری بسیار حساس می باشد. با افزایش ارتفاع و تراکم زبری، همچنین تغییر آرایش منظم به شطرنجی زبری ها، مقدار حداکثر سرعت پروفیل کاهش و سرعت برشی جریان ( ) افزایش پیدا می کند. نتایج بی بعد شده پروفیل های سرعت نشان می دهد که سرعت نسبی جریان با افزایش ارتفاع و تراکم زبری و تغییر آرایش منظم به شطرنجی زبری ها، با اختلافی قابل ملاحظه کاهش می یابد. اثر آرایش زبری بر تغییر سرعت نسبی بسیار بیشتر از دو متغیر زبری دیگر می باشد. به علاوه استغراق نسبی جریان با افزایش ارتفاع زبری در یک درصد تراکم ثابت در هر دو آرایش منظم و شطرنجی زبری ها از ابتدا تا انتهای طول زبر کاهش پیدا می کند. با استفاده از آنالیز ابعادی و بررسی تأثیر هریک از پارامترهای بی بعد موثر، روابطی برای تعیین سرعت نسبی بر اساس توزیع لگاریتمی سرعت در سطوح صاف و زبر ارائه شد. نتایج نشان داد که متوسط ضریب زبری مانینگ (n) در آرایش های منظم و شطرنجی به ترتیب حدود 63/46 و 67/94 درصد بیشتر از مقدار آن برای سطح صاف برآورد شد. رابطه ارائه شده برای ضریب زبری مانینگ، این ضریب را تابعی خطی از زبری نسبی ، درصد تراکم زبری، عدد فرود جریان و فاکتور مربوط به آرایش زبری نشان می دهد.