ارزیابی آزمایشگاهی توزیع پارامترهای آشفتگی جریان دوفازی آب و هوا بر روی سرریزهای پلکانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استادیار، عضو هیئت علمی گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

3 استاد، عضو هیئت علمی گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

مشخصه عمده جریان عبوری از سرریزهای پلکانی، وجود تلاطم شدید و هوادهی سطحی زیاد می‌باشد که در اغلب مطالعات صورت پذیرفته، خصوصیات تلاطم جریان بطور کامل مورد بررسی و ارزیابی قرار نگرفته است. در این تحقیق، جریان متلاطم آب و هوا بر روی مدل فیزیکی نسبتاً بزرگ مقیاس از سرریز پلکانی بصورت سیستماتیک مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. مطالعه آزمایشگاهی حاضر شامل اندازه‌گیری‌های مربوط به ویژگی‌های جریان آب- هوا در رژیم‌های مختلف جریان بر روی مدل تنداب پلکانی (˚8/21 =θ، m04/0= h، m1/0( l=، تعیین نقطه شروع هواگیری و عمق جریان در این نقطه، پروفیل‌های سرعت و نیز شدت آشفتگی جریان می‌باشد. اندازه‌گیری‌های مربوط به تعیین پروفیل سرعت و پارامتر شدت آشفتگی در امتداد جریان دوفازی عبوری از سرریز، توسط دستگاه کاوشگر الکتریکی دو سوزنه که در این تحقیق، طراحی، توسعه و واسنجی شده است، انجام گردید. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که مشخصه‌های تلاطم در نواحی مختلف از عمق جریان بر روی پله‌ها متفاوت می‌باشند. به‌طور کلی، نتایج نشان داد که 1- پارامتر شدت تلاطم ‌در مجاورت کف پله و در زیرلایه لزج به‌سرعت افزایش یافته و در محدوده ناحیه میانی (5/0≤ y/dc ≤ 4/0) به حداکثر مقدار خود می‌رسد و سپس در ناحیه فوقانی از عمق جریان به‌تدریج کاهش می‌یابد 2-توزیع قائم سرعت در جهت جریان از قانون توانی پیروی می‌کند و در مجاورت سطح آزاد جریان به بیشینه مقدار خود خواهد رسید 3- تشدید تلاطم در ناحیه میانی از عمق جریان، ناشی از تغییرات پیوسته در سطح مشترک جریان آب- هوا می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Evaluation of Turbulence Parameters Distribution in Two Phase Air-water Flows on Stepped Spillways

نویسندگان [English]

  • MR Beheshti1 1
  • A Khosrojerdi 2
  • H Sedghi 3
چکیده [English]

Stepped chute flows are characterized by intense turbulence and strong aeration, but in most studies the turbulence characteristics are not investigated thoroughly. In this study, a highly turbulent air-water flow skimming down a large-size stepped chute has been investigated systematically. An experimental study of detailed air-water flow characteristic measurements was established for different types of flow regimes on a stepped chute (θ = 21.8º, h=0.04m, l=0.10m) model to investigate the location and the flow depth at inception point of air entrainment and velocity profiles distributions. Detailed velocity and turbulence intensity measurements in flow direction were performed by use of a phase detection conductivity probe which had been designed, developed and calibrated before. The results showed that the turbulence characteristics varied in different regions. The study showed further that 1- the turbulence intensity increased rapidly close to the step bottom at the viscous sub layer and maximized at intermediate region (0.4≤ y/dc ≤ 0.5) then decreased gradually in the upper region. 2- The vertical distribution of the velocity in flow direction followed-up a power law and the velocity reached to its maximum value, near the flow’s free surface. 3- The high turbulence levels in the intermediate region of the flow depth were caused by the continuous deformations and modification of the air-water interfacial structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Air-water flow
  • Electrical probe
  • Stepped spillway
  • Turbulence intensity
  • Velocity fluctuations