محمد هيمن جنتي

شيب­شکن قائم با تبديل همگرا و با جريان زير بحراني در بالادست

چکيده

شيب­شكن قائم سازه­‌اي است كه در كانال‌هاي آبياري، شبكه جمع­آوري آب و فاضلاب، شبكه جمع‌آوري آب‌هاي سطحي و در سرريزهاي پله‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد در اكثر شيب­شكن­هاي قائم و در سرريزهاي پلكاني، عرض كانال‌هاي بالادست و پايين­دست برابر است. در اين سازه­هاي هيدروليكي در كنار ديوار قائم آنها فشار منفي ايجاد مي­شود و باعث فرسايش ديواره مي­شود. يكي از راههاي حذف فشار منفي ارتباط سازه با اتمسفر است. در اين تحقيق، براي رفع اين مشكل و بخاطر افزايش افت انرژي، در لبه­ي آبشار شيب­شكن، تبديل همگرا قرار داده شده است.

با استفاده از نتايج فرضياتي محققين پيشين و نيز با در نظر گرفتن فرضيات جديد، مدل­هاي تحليلي براي تخمين عمق آب در لبه­ي آبشار شيب­شكن، افت انرژي نسبي، عمق نسبي گرداب در پايين­دست شيب­شكن و طول نسبي شيب­‌شكن ارائه شده است. براي صحت سنجي مدل­هاي پيشنهادي، آزمايشاتي بر روي دو شيب­شكن قائم با شش نوع تبديل مختلف انجام شده است. آزمايش­ها در محدوده­ي نسبت عمق بحراني به ارتفاع شيب­شكن (d_c /h) برابر با 07/0 تا 41/0 قرار داشت. براي بدست آوردن مقدار دقيق عمق آب در پايين­دست شيب­شكن از لوله پيتوت استفاده شد.

در مدل تحليلي 1، عمق آب در لبه‌ي آبشار شيب شكن براساس روش فرو (1999) بدست آمده است. بررسي­ها نشان مي­دهد كه، نتايج حاصل از اين مدل تحليلي با نتايج آزمايشگاهي همخواني خوبي دارد. در مدل تحليلي 2، افت انرژي در شيب شكن قائم با استفاده از فرضيات وايت بررسي شده است كه، نتايج آزمايشگاهي با نتايج تحليلي نسبتاً همخواني دارد. در مدل تحليلي 3، افت انرژي در شيب شكن قائم با استفاده از فرضيات گيل بدست آمده است كه، نتايج آن نسبت به مدل قبلي بهبود نيافت. در مدل تحليلي 4، افت انرژي در شيب شكن قائم با استفاده از مدل جت آزاد بررسي شد كه نتايج حاصل از اين مدل بهتر از دو مدل قبلي مي­باشد. در مدل تحليلي 5 طول شيب شكن در حوضچه آرامش با استفاده از مدل‌هاي 2 ، 3 و 4 بررسي شد كه نتايج حاصل از اين مدل با نتايج آزمايشگاهي همخواني خوبي دارد. تحقيقات حاضر نشان داد كه افت انرژي در شيب­شكن قائم داراي تبديل همگرا تا حدود 2 برابر نسبت به شيب­شكن­هاي قائم بدون تبديل افزايش مي­يابد.