نقش هندسه‌ی بلوکهای شوت در اتلاف توان فرسایشی جریان

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 3، دوره 33، شماره 3 - شماره پیاپی 31، آبان 1399، صفحه 31-47   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v33i3.86241

نویسندگان

سبحان مرادی¹؛ حامد شهسواری¹؛ کاظم اسماعیلی^{* 2}

¹سازه‎های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد.

²گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد.

چکیده

انرژی زیاد نهفته در جریان خروجی از روی سرریزها، با طراحی سازه­های مستهلک­کننده‌ی انرژی در شوت و یا حوضچه‌ی آرامش پایین­دست کنترل می­شود. بااین‌حال رخ‌داد آب‌شستگی موضعی در پایین­دست، یکی از بزرگ‌ترین خطراتی است که پایداری سرریزها را تهدید می­کند. در پژوهش آزمایشگاهی حاضر؛ ابتدا با انجام آزمایش­های شاهد (شوت بدون مانع) در اعداد فرود مختلف، به بررسی هندسه‌ی گودال آب‌شستگی پرداخته شد، آن‌گاه با ارائه‌ی روش حفاظتی پایه‌ی بلوک با ارتفاع ثابت در سه شکل هندسی (مستطیل، نیم­دایره، مثلث)، چهار موقعیت نصب به‌صورت نسبتی از طول کل شوت L_b/L_fبرابر (2/0، 4/0، 6/0، 8/0) و هم‌چنین، جهت تقعر- تحدب نصب بلوک­ها، پارامترهای ابعادی گودال آب‌شستگی اندازه­گیری شد و با انجام تحلیل ابعادی به‌روش پای- باکینگهام مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از پایه‌ی بلوک روی شیب شوت در همه‌ی مدل­های مورد آزمایش، بر مقادیر ابعادی آب‌شستگی تأثیرگذار بوده و همواره سبب کاهش ابعاد گودال آب‌شستگی شده‌است. به‌طور خلاصه، 1. عمق و طول نهایی آب‌شستگی با افزایش عدد فرود بالادست سرریز، افزایش می­یابد. 2. در سری آزمایش­های تقعر در برابر جریان بلوک­ها، همواره پارامتر­های ابعادی آب‌شستگی دارای مقادیر کمتری نسبت به تحدب دربرابر جریان بوده­اند. 3. با کاهش فاصله‌ی نصب بلوک­ها نسبت‌به پنجه‌ی سرریز، کاهش آب‌شستگی در عمق و طول افزایش می­یابد، به‌طوری‌که در موقعیت (L_b/L_f=0.8) بیشترین استهلاک انرژی نسبت به سایر موقعیت­ها رخ داده‌است و در شرایط مختلف جریان بین 15 تا 2/61 درصد کاهش عمق گودال آب‌شستگی را به‌همراه دارد. 4. در موقعیت­ (L_b/L_f=0.6)، بلوک­های مستطیلی و نیم­دایره­ای با تحدب در‌برابر جریان و هم‌چنین، در موقعیت (L_b/L_f=0.8) بلوک مثلثی با تقعر در برابر جریان، با عملکرد متوسط 1/38 تا 4/73 درصد، بیشترین کاهش را در طول آب‌شستگی نسبت به سایر حالت­ها دارا می­باشند. 5. با افزایش عدد فرود جریان در بالادست تاج سرریز، انرژی نسبی مستهلک‌شده‌ی جریان در پنجه شوت، کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

هندسه‌ی بلوک؛ گودال آب‌شستگی؛ الگوی نصب موانع؛ استهلاک انرژی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

3-moradi-Revised.pdf

مراجع

1. Dargahi, B., "Scour Development Downstream of a Spillway", Journal of hydraulic research, Vol. 41, No. 4, Pp. 417-426, (2003).
2. Abdelhaleem, F. S. F., "Effect of Semi-circular Baffle Blocks on Local Scour Downstream Clear-overfall Weirs", Ain Shams Engineering Journal, Vol. 4, No. 4, Pp. 675-684, (2013).
3. Helal, E. Y., Nassralla, T. H., and Abdelaziz, A. A., "Minimizing of Scour Downstream Hydraulic Structures Using Sills", International Journal of Civil and Structural Engineering, Vol. 3, No. 3, Pp. 591, (2013).
4. Helal, E. Y., "Minimizing Scour Downstream of Hydraulic Structures Using Single Line of Floor water jets", Ain Shams Engineering Journal, Vol. 5, No. 5, Pp. 17-28, (2013).
5. Hong, S., Biering, C., Sturm, T. W., Yoon, K. S., and Gonzalez-Castro, J. A., "Effect of Submergence and Apron Length on Spillway Scour: Case Study", Water, Vol. 7, No. 10, Pp. 5378-5395, (2015).
6. Blaisdell, F. W., "Development and Hydraulic Design, Saint Anthony Falls stilling Basin", Transactions of the American Society of Civil Engineers, Vol. 113, No. 1, Pp. 483-520, (1948).
7. Tuna, M. C., "Effect of Offtake Channel Base Angle of Stepped Spillway on Scour Hole", Pp. 239-251, (2012).
8. Peterka, E. S., and Karon. I. M., "Congenital Pseudoainhum of the Fingers: Report of a Case", Archives of dermatology, Vol. 90, No. 1, Pp. 12-14, (1964).
9. Chatila, J. G., and Bassam R. J., "Stepped spillway as an energy dissipater", Canadian Water Resources Journal/Revue canadienne des ressources hydriques, Vol. 29, No. 3, pp. 147-158, (2004).
10. Young, M. F., "Feasibility Study of a Stepped Spillway", In Applying research to hydraulic practice, Pp. 96-105. ASCE, (1982).
11. Mohammed, T. A., Noor, M. M. M., Huat, B. K., Ghazali, A. H., and Yunis, T. S., "Effect of Curvature and End Sill Angle on Local Scouring at Downstream of a Spillway." International Journal of Engineering and Technology, Vol. 1, No. 1, Pp. 96-101, (2004).
12. Dwemawan, V., and Legono, D., "Residual Energy and Relative Energy Loss on Stepped Spillway", Journal of Applied Technology in Environmental Sanitation, Vol. 1, No. 4, (2011).
13. Chafi, C., Hazzab, A., and Seddini, A., "Study of Flow and Energy Dissipation in Stepped Spillways", Jordan Journal of civil engineering, Vol. 4, No. 1, Pp. 1-11, (2010).
14. Zare, H. K., and Doering, J. C., "Energy Dissipation and Flow Characteristics of Baffles and Sills on Stepped Spillways", Journal of hydraulic research, Vol. 50, No. 2, Pp. 192-199, (2012).
15. Kaya, N., and Emiroglu, M. E., "Study of Oxygen Transfer Efficiency at Baffled Chutes." In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, Vol. 163, No. 9, Pp. 447-456. Thomas Telford Ltd, (2010).
16. karimi Chahartaghi, M., and Solimani B. M., "Effect of Block Geometry and Divergence of Baffled Chute on Downstream Scour Pattern", (2019).
17. Raudkivi, A. J., and Ettema, R., "Clear-water Scour at Cylindrical Piers", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 109, No. 3, Pp. 338-350, (1983).
18. Kummar, V., Ranga Raju, K. G., and Vittal, N., "Reduction of Local Scour Around Bridge Piers Using Slot and Collar", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 125, No. 12,pp. 1302–1305, (1999).
19. Zolghadr, M., "Effect of Six-Legged Elements Installation Arrangement on Bed Topography Around Wing-Wall Abutments", Pp. 47-57, (2018).

20. Chahardahcheriki, gholi zadeh. P., and Shafai-Bajestan, M., "Scour Dimensions of the Downstream Hydraulic Jump Stilling Basin with Bed Covered with Six-Legs Elements", Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, Vol. 17, No. 66, Pp. 105-118, (2016). (In Persian)

21. Aydin, M. C., and Ulu, A. E., "Effects of Different Shaped Baffle Blocks on the Energy Dissipation and the Downstream Scour of a Regulator", Journal of Science and Technolog, Vol. 8, No. 2, Pp. 69–74, (2018).

22.Elnikhely, E. A., "Investigation and Analysis of Scour Downstream of a Spillway", Ain Shams Engineering Journal, Vol. 9, No. 4, Pp. 2275-2282, (2018).