اثر زبری تاج و بدنه بر ضریب تخلیه و شرایط هیدرولیکی جریان در سرریز‌های تاج دایره‌ای با استفاده از مدل فیزیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

شناسائی پارامترهای تاثیر گذار بر ضریب تخلیه سرریزهای تاج دایره­ای در بهره برداری بهینه و کاربرد بهتر از آن­ها از اهمیت بسزائی برخوردار می باشد. از آنجائی که دراجرای سرریزهای تاج دایره­ای ممکن است از مصالح ساختمانی مختلف با زبری‌های متفاوت استفاده شود بنابراین در این تحقیق تاثیر اندازه زبری بر ضریب تخلیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات در شرایط بدون اعمال زبری که بر روی سرریزهای تاج دایره‌ای با پنج شعاع مختلف از 5/2 تا 5/7 سانتی متر انجام گردید نشان داد که بیشترین عامل تاثیرگذار بر ضریب آبگذری نسبت بار آبی بالا دست به شعاع سرریز می‌باشد. همچنین با افزایش این نسبت ضریب تخلیه نیز افزایش ­یافت. از طرفی  تغییرات نسبت ارتفاع تاج به بار کل روی سرریز تاثیر قابل ملاحظه­ای بر ضریب تخلیه نگذاشت. تاثیر چهار اندازه زبری متفاوت بر روی ضریب تخلیه و خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریزهای تاج دایره‌ای که کمتر مورد توجه تحقیقات قبلی بوده نیز در نظر گرفته شد. نتایج آزمایش‌های اخیر نشان داد با افزایش زبری نسبی ضریب تخلیه دبی کاهش می­یابد و تاثیر زبری نسبی کمتر بر کاهش ضریب تخلیه دبی بیشتر است. در نهایت دو رابطه ریاضی بر حسب پارامترهای تاثیر گذار برای محاسبه ضریب تخلیه سرریز تاج دایره‌ای ارائه شد. در رابطه اول که مربوط به شرایط بدون اعمال زبری است ضریب تخلیه تنها تابعی از نسبت بار آبی بالا دست به شعاع سرریز می‌باشد. با اعمال یک ضریب اصلاحی که تابعی نمائی از زبری نسبی است رابطه نهائی برای محاسبه ضریب تخلیه که در برگیرنده اثر زبری نیز باشد، بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Crest and Body Roughness on Discharge Coefficient and Flow Conditions of Circular Crest Weir by Physical Model

نویسندگان [English]

  • R Ghobadian
  • M Farmanifard
  • AR Karimi
چکیده [English]

Identifying the parameters affecting discharge coefficient of circular crest weir in an optimum application is very important. Since circular weir crest may be constructed by different materials with different roughness. So in this research influence of roughness on discharge coefficient has been investigated. Without present of roughness, the result of the experimental test on weirs with five different curvature radii ( from 2.5 to 7.5 cm) indicated that the most effective parameter on discharge coefficient was the ratio of upstream total head to crest radius. Also discharge coefficient increased with increasing this ratio. On the other hand variation of weir height to upstream total head ratio had no significant effect on the discharge coefficient. The effect of four different sizes of roughness on discharge coefficient, which had been overlooked in previous researches, was also evaluated. Results of the tests showed that with increasing relative roughness, discharge coefficient reduced and lower relative roughness, had the higher influence on reducing  the discharge coefficient. Two mathematical relationships based on the affected parameters on discharge coefficient were presented. The first relation that is for the conditions imposed without roughness, discharge coefficient is just a function of upstream total head to crest radius ratio. Applying a correction factor, which is an exponential function of the relative roughness, the final relationship for calculating the coefficient of discharge including the effects of roughness, was obtained.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Circular crest weir
  • Discharge coefficient
  • Flow conditions
  • Roughness
  • Stage-discharge relation
اسماعیلی ک، نقوی ب، کورش وحید ف و یزدی ج. 1389. مدل سازی آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان در سرریزهای استوانه­ای، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد 24، شماره 1.  صفحه­های 166 تا 179.
بیگی پور غ و بینا م.1384. هیدرولیک جریان در سرریزهای تاج دایره­ای و استوانه­ای. صفحه­های 239 – 246. پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، 17 تا 19 آبان، دانشگاه شهید باهنر، کرمان.
حیدرپور م، افضلی مهر ح و خرمی ا، 1381. کاربرد تابع جریان در اطراف سیلندر دایره­ای شکل در سرریزهای تاج دایره‌ای، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، جلد ششم، شماره سوم.  صفحه­های 51 -61 .
حیدرپور م، چمنی م ر و خرمی ا، 1384. بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریزهای استوانه‌ای و تاج دایره‌ای، مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال دوازدهم، شماره ششم. صفحه­های 21-30.
حیدرپور م، ایزدی‌نیا ا و سعادت‌پور ع، 1385. بررسی توزیع فشار روی تاج سرریزهای استوانه‌ای و تاج دایره‌ای با ارتفاعات مختلف. صفحه­های 345- 351 . همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، 12 تا 14 اردیبهشت، دانشکده مهندسی علوم آب. دانشگاه شهید چمران اهواز.
فرسادی­زاده د، خسروی نیا پ و ورجاوند پ، 1387.  بررسی ضریب جریان در سرریزهای استوانه­ای با استفاده از مدل عددی  فلوئنت. صفحه­ 33، مجموعه مقالات (CD). چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، 17 تا 20 اردیبهشت، دانشگاه تهران.
قبادیان ر، معصومی ز و رستمی ر، 1389.  تخمین ضریب آبگذری سرریزهای تاج دایره­ای در شرایط جریان آزاد با استفاده از مدل فیزیکی، صفحه­های 343-354  .نخستین کنفرانس ملی پژوهشهای کاربردی منابع آب ایران، 21 تا 23 اردیبهشت،  شرکت آب منطقه­ای کرمانشاه.
Bazin H, 1898. Expériences Nouvelles sur l'Ecoulement par Déversoir ('Recent Experiments on the Flow of Water over Weirs.'). Mémoires et Documents, Annales des Ponts et Chaussées, Paris, France. Sér 7, 15: 151-264.
Bos MG, 1978. Discharge Measurement Structures. Publ. 20, Int Inst for Land Reclamation and Improvement, Wageningen, The Netherlands.
Creager WP, 1917. Engineering of Masonry Dams. John Wiley & Sons, New York, USA.
Chanson H and Montes JS.1998. Overflow characteristics of circular weir. J Irrig & Drain Engin, ASCE 124(3):152-162.
Dressler RF, 1978 .New nonlinear shallow flow equations with curvature. J Hydr Res, IAHR 16(3): 205-222.
Fawer C, 1937. Etude de Quelques Ecoulements Permanents a Filets Courbes [Study of some steady flows with curved streamlines). Thesis, Lausanne, Switzerland. Imprimerie La Concorde (in French).
RamamurthyAS, VoND and Vera G, 1992. Momentum model of flow past weir. J Irrig & Drain Engin, ASCE 118(6):988-994.
RamamurthyAS and VoND, 1993a. Characteristics of circular crested weir. J Hydr Engin, ASCE 119(9): 1055-1063.
RamamurthyAS and VoND, 1993b. Application of dressler theory to weir flow. J Appl Mech Div, ASCE 60: 163-166.
Escande  L and Sananes F, 1959. Etudes des Seuils Déversants à Fente Aspiratrice. Pp: 892-902  ('Weirs with Suction Slots.') Jl La Houille Blanche, Dec., No. Special B, (in French).
Rehbok T, 1929. The River Hydraulic Laboratory of the TechnicalUniversity of Karlsruhe. Pp: 111-242. Hydraulic laboratory practice, ASME, New York, NY.
Sarginson  EJ, 1972. The influence of surface tension on weir flow. J Hydr Res, Delft, The Netherlands 10(4): 431-446.
Rouve G and Indlekofer H, 1974. Abfluss über geradlinige Wehre mit halbkreissförmigem Überfallprofil. ('Discharge over Straight Weirs with Semicylindrical Crest.'). Der Bauingenieur 49(7): 250-256 (in German).