تحلیل هیدرودینامیک جریان و ضریب دبی در سرریزهای با محیط متخلخل در شرایط روگذر آزاد

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 9، دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 38، زمستان 1404، صفحه 88-102   

نوع مقاله: پژوهشی کاربردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v12i4.2508-1449

نویسندگان

سیدعلیرضا اسماعیلی؛ مجید حیدری^* ؛ سعید گوهری

گروه علوم ومهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

در این پژوهش آزمایشگاهی، ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه‌پهن مستطیلی در دو حالت صلب و متخلخل (گابیونی) بررسی شد. در بخش مربوط به سرریز متخلخل، هشت آزمایش با دو طول مؤثر ۳۰ و ۶۰ سانتی‌متر و سه نوع دانه‌بندی با قطر متوسط ۱۱، ۱۹ و ۲۸ میلی‌متر اجرا شد. در مرحله نخست، با ایجاد شرایط جریان آزاد در پایین‌دست، ضرایب دبی برای سرریزهای صلب و گابیونی محاسبه و مقایسه شد. همچنین تغییرات پروفیل سرعت جریان و توزیع تنش برشی رینولدزی در محدوده هیدرولیکی سرریز ارزیابی شد. نتایج تحلیل پروفیل سطح آب نشان داد افزایش اندازه ذرات گابیون موجب کاهش مقاومت در برابر عبور جریان شده و در نتیجه برای دستیابی به شرایط جریان کاملاً روگذری، دبی بیشتری مورد نیاز است. در مقابل، در شرایط دبی ثابت، افزایش طول سرریز مقاومت هیدرولیکی را تقویت کرده و موجب افزایش بار هیدرولیکی بالادست می‏شود. بررسی ضرایب دبی نشان داد در دبی یکسان، با افزایش طول سرریز روند تغییرات ضریب دبی صعودی است. به طور میانگین، ضرایب دبی برای تخلخل‌های ۳۸، ۴۲ و ۴۵ درصد در طول ۳۰ سانتی‌متر به‌ترتیب 0/74، 0/82، 0/89 و در طول ۶۰ سانتی‌متر معادل 0/95، 1/0 و 1/20 محاسبه شد، درحالی‏که این مقدار در حالت صلب حدود 0/38 گزارش شد. با به‌کارگیری معادله همبستگی چندمتغیره و استفاده از مدل برنامه‌ریزی ژنتیکی بیان ژن (GEP) مبتنی بر تئوری تحلیل ابعادی، رابطه‌ای کارآمد برای محاسبه دبی عبوری بر روی سرریز گابیونی استخراج شد که ضریب تعیین آن برابر با 98 درصد حاصل شد.

کلیدواژه‌ها

سرریز متخلخل؛ پروفیل سرعت؛ تنش برشی رینولدز؛ پروفیل سطح آب؛ GEP

مراجع