بررسی خصوصیات هیدرولیکی گرداب با هسته هوا در شرایط استغراق بحرانی با روش سرعت‌سنجی ردیابی ذرات

نویسندگان

1 مدرس دانشگاه آزاد

2 استاد گروه مهندسی آب

3 NCHU

4 گروه مهندسی هیدرولیک - دانشکده مهندسی - دانشگاه مک گیل - کانادا

چکیده

< p>وقوع گرداب در سازه‌های هیدرولیکی مسئله‌ای طبیعی همراه با آثار منفی بر عملکرد این سازه‌ها به حساب می‌آید. برای شناخت بهتر این پدیده پیچیده علاوه بر مطالعات ماکروسکوپیک بر روی عمق استغراق بحرانی و سازه‌های ضد گرداب، انجام پژوهش‌های میکروسکوپیک جهت بررسی مشخصات هیدرولیکی گرداب نیز ضروری می‌نماید. در تحقیق حاضر یک جریان گردابی قوی با هسته هوا در حالت استغراق بحرانی بر روی آبگیر قائم در کانالی عریض ایجاد و مولفه‌های سه بعدی سرعت جریان با به کارگیری روش سرعت سنجی ردیابی ذرات اندازه‌گیری شد. با بررسی مولفه‌های سرعت گرداب با هسته هوا و پروفیل سطح آب، روند تغییرات خصوصیات هیدرولیکی گرداب در مسیر جریان گردابی مشخص شده و اطلاعات نوینی از ساختار سه بعدی گرداب با هسته هوا بدست آمد. بر اساس نتایج حاصل مشخص شد که روش سرعت سنجی ردیابی ذرات (PTV) می‌تواند اطلاعات مفید و نوینی از نحوه توزیع مولفه‌های سرعت در ساختار جریان گردابی ارائه دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of hydraulic characteristics of an air-core vortex under critical submergence condition using particle tracing velocimetry

نویسندگان [English]

  • Vadoud Naderi 1
  • Davood Farsadizadeh 2
  • Cheng Lin 3
  • Susan Gaskin 4
1 Lecturer
2 Department of water science and engineering, University of Tabriz, Tabriz , Iran
3 گروه مهندسی هیدرولیک دانشگاه ملی تایوان
4 Hydraulic Engineering Group , Faculty of Engineering , McGill University , McGill , Canada
چکیده [English]

< p >The occurrence of a vortex in hydraulic structures is a natural problem with negative effects on the performance of the intakes. In order to better understanding of this complex phenomenon, in addition to macroscopic studies on critical submergence and anti-vortex devices, microscopic studies are also required to investigate the hydraulic properties of the vortex. In the present study, a strong air-core vortex at critical submergence condition was created on a vertical bottom intake in a wide flume and the three-dimensional velocity components of the flow were measured by the particle tracking velocimetry method. By analyzing the velocity components and water surface profile, the changes of the hydraulic characteristics of the vortex in the vortex flow path were achieved and new information from the 3D vortex structure with the air core was obtained. Based on the results, it was found that the Particle Tracking Velocimetry (PTV) method can provide useful and new information about the velocity-indexed structure of the vortex flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Air-core vortex
  • critical submergence
  • particle tracing velocimetry
  • hydraulic structures
  • vertical intake

مراجع

Anwar HO, Weller JA and Amphlett MB, 1978. Similarity of free-vortex at horizontal intake. Journal of Hydraulic Research 16(2): 95-105.
Borghei SM and Kabiri Samani AR, 2010. Effect of anti-vortex plates on critical submergence at a vertical intake. Scientia Iranica 17(2): 89-95.
Burger JM, 1948. A Mathematical Model Illustrating the Theory of Turbulence. Advances in Applied Mechanics. Academic Press, New York.
Daggett LL and Keulegan GH, 1974. Similitude conditions in free-surface vortex formation. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 100(11): 1565-1580.
Hite JE and Mih WC, 1994. Velocity of air-core vortices at hydraulic intakes. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 120(3): 284-297.
Julien PY, 1986. Concentration of very fine silts in a steady vortex.  Journal of Hydraulic Research 24(4): 255-264.
Knauss J, 1987. Swirling Flow Problems at Intakes. Hydraulic Structures Design Manual. 1. A.A. Balkema Pub., Netherlands.
Lugt HJ, 1983. Vortex Flow in Nature and Technology, John Wiley& Sons, London.
Mulligan S, Casserly J and Herlock R, 2016. Experimental and Numerical Modelling of Free-Surface Turbulent Flows in Full Air-Core Water Vortices. Pp. 549-569 In: Gourbesville P, Cunge J, Caignaert G, Advances in Hydroinformatics. Springer Water. Springer, Singapore.
Naderi V, Farsadizadeh D, Hosseinzadeh Dalir A and Arvanaghi H, 2013. Experimental study of bell-mouth intakes on discharge coefficient. Journal of Civil Engineering and Urbanism 3(6): 368-371.
Naderi V, Farsadizadeh D, Hosseinzadeh Dalir A and Arvanaghi H, 2014a. Effect of using vertical plates on vertical intake on discharge coefficient. Arabian Journal for Science and Engineering 39(12): 8627-8633.
Naderi V, Farsadizadeh D, Hosseinzadeh Dalir A and Arvanaghi H, 2014b. Effect of dimensions of vertical meshed plates on critical submergence in bell-mouth vertical intakes. Water and Soil Science-University of Tabriz 25(1): 13-24.  [In Persian]
Nasehi-Oskuei N, Farsadizadeh D and Hosseinzadeh-Dalir A, 2016. Effect of dimensions and mesh type of anti-vortex horizontal plates on critical submergence reduction of vertical intakes. Water and Soil Science-University of Tabriz 26(1): 167-178.
Newman BG, 1959. Flow in a viscous trailing vortex. Aeronautical Quarterly, X (2): 149-162.
Rankine WJM, 1858. A Manual of Applied Mechanics. ed. 1. Charles Griffin, London.
Rindels AJ and Gulliver JS, 1983. An experimental study of critical submergence to avoid free-surface vortices at vertical intakes. Saint Anthony Fall Hydraulic Laboratory. Project Report No. 224.
Suerich-Gulick F, Gaskin S, Villeneuve M and Parkinson E, 2014. Free surface intake vortices: theoretical model and measurements. Journal of Hydraulic Research 52(4): 502-512.
Vatistas GH, 1986. Theoretical and experimental studies on vortex chamber flow. The American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal 24(4): 635-642.
Wang YK, Jiang CB and Liang DF, 2011. Comparison between empirical formulae of intake vortices. Journal of Hydraulic Research 49(1): 113-116.
Yildirim N and Kocabas F, 1998. Critical submergence for intakes in still-water reservoirs. Journal of Hydraulic Enginering, ASCE 124(1): 103-104.
Yildirim N, Kocabas F and Gulcan SC, 2000. Flow-boundary effects on critical submergence of intake pipe. Journal of Hydraulic Enginering, ASCE 126(4): 288-297.
دانش آب و خاک
دوره 29، شماره 4
دی 1398
صفحه 71-83

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار