عنوان پایان‌نامه
بررسی آب شستگی موضعی در پایاب حوضچه های آرامش با شیب معکوس
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-سازه های آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 5034;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54580
- تاریخ دفاع
- ۲۰ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- حسین خلیلی شایان
- چکیده
- مسئله آبشستگی یکی از موضوعاتی است که همواره در طراحی انواع مختلف سازه¬های هیدرولیکی دارای اهمیت است. از جمله این سازه¬ها، حوضچه¬های آرامش می باشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی پدیده آبشستگی موضعی ناشی از جریان مستغرق خروجی از دریچه¬های کشویی در پایاب حوضچه¬های آرامش با شیب معکوس می¬باشد. بدین جهت از نتایج حاصل از انجام 233 آزمایش بر روی یک مدل آزمایشگاهی در گستره وسیعی از اعداد فرود، دانه¬بندی ذرات رسوبی، عمق پایاب، طول و شیب حوضچه استفاده گردید. به منظور دقت در تعیین عدد فرود اولیه پرش هیدرولیکی، با استفاده از اصول بقای انرژی و اندازه حرکت معادلاتی جهت تعیین ضریب تنگ¬شدگی دریچه¬های کشویی در شرایط جریان آزاد و مستغرق استنتاج گردید. نتایج نشان داد تاثیر بازشدگی نسبی، استغراق نسبی و شیب حوضچه معکوس بر تغییرات ضریب تنگ¬شدگی قابل توجه است. با استفاده از اصل اندازه حرکت، معیاری به منظور تعیین کمینه عدد فرود لازم جهت تشکیل پرش آزاد روی شیب¬های معکوس استنتاج گردید. همچنین معیاری نظری به منظور بررسی پایداری پرش هیدرولیکی روی حوضچه¬های معکوس، ارائه شد و براساس آن مشخص شد امکان برقراری پرش هیدرولیکی آزاد و پایدار روی حوضچه¬های معکوس بدون حضور اجزای سازه¬ای انرژی¬کاه، وجود ندارد. مشخص شد پروفیل¬های آبشستگی در هر شیب خودمتشابه هستند؛ لکن با افزایش شیب به لحاظ طولی گسترش می-یابند. بر همین اساس معادلات پروفیل¬های بدون بعد حفره در هر شیب استخراج گردید. همچنین معادلاتی جهت تخمین ابعاد حفره در هر زمان و نیز در شرایط تعادل استخراج گردید. با استفاده از کاربرد اصل اندازه حرکت در ناحیه حفره، معادلاتی نظری جهت تخمین عمق آبشستگی بیشینه ناشی از جریان مستغرق استخراج و با نتایج آزمایشگاهی واسنجی گردید. مشخص گردید در هر شرایط معین از عدد فرود، دانه-بندی، طول و شیب حوضچه معکوس، یک عمق پایاب بحرانی وجود دارد که به ازای آن بیشینه عمق آبشستگی و طول حفره حاصل خواهد شد و پس از آن با افزایش عمق پایاب تا رسیدن به یک مقدار ثابت کاهش خواهد یافت. همچنین با افزایش شیب و طول حوضچه معکوس، عمق آبشستگی بیشینه کاهش و فاصله آن از انتهای حوضچه و طول حفره افزایش می-یابند. در این تحقیق، قانون توانی ارتباط دهنده ابعاد حفره با مقیاس زمانی و هندسه سازه بالادست استنتاج و ضرایب و توان¬های این معادله به صورت تابعی از شیب حوضچه استخراج گردید. در پایان معادلاتی برای تعیین انواع تنش¬های برشی بستر و تنش ناشی از وزن در طول حفره با استفاده از نیمرخ حفره استخراج و تاثیر دانه¬بندی ذرات، طول و شیب حوضچه بر تغییرات آنها مورد بررسی قرار گرفت.
- Abstract
- Local scour downstream of hydraulic structures; such as stilling basins and bridge piers, is one of the serious issues which engineers and designer are faced with. Downstream of stilling basins encountered with spillways and sluice gates, are particular cases subjected to local scour which may endanger these structuctes. The main purpose of this research is focused on local scour downstream of adverse stilling basins where a submerged wall jet issues from a sluice gate. In total, 233 tests were performed on a glass walled flume where a wide range of Froude numbers, grain sizes, tailwater depths, stilling basin’s lengths and slopes employed. To determine an accurate value for Froude number of supercritical flow entering the hydraulic jump, some theoretical equations were first derived using the principles of energy and momentum conservation, to estimate the contraction coefficient of sluice gate in free and submerge flow conditions.. The results show that the effects of relative opening, relative submergence and slope of stilling basins, significantly affect the contraction coefficients. It was also tried to determine the conditions with which a free adverse hydraulic jumps occurs under a minimum Froude number. A theoretical criterion was derived for stability of hydraulic jump on adverse stilling. It was found that scour profiles at any slope are shape similar. However, it was observed that the longitudinal evolution of the profiles was increasing as the slope of basin increased. A polynomial equation was derived to define the non-dimensional scour profiles at different slopes. The time evolution of scour hole dimensions as well as the equilibrium state were defined. Using the momentum principles, some theoretical equations were derived to estimate the maximum depth of scour hole and were calibrated by experimental data. It was found that under an specific Froud number, grain size, stilling basin’s length and slope where a certain tailwater depth is prevailed, the dimensions of scour hole pertain a maximum value and then decrease to reach a constant value as the tailwater depth increases. Also, it was observed that the maximum depth of scour hole was decreased as the length and slope of stilling basin increased, while the longitudinal dimensions of the hole were increased. A theoretical approach was also examined to evaluate the bed shear stress and weight shear stress along the hole which would demonstrate the effects of grain size, basin’s length and slope on development of the scour hole. Finally, a power equation was expressed and fully defined to include the dimensions of scour hole, time scale and geometry of sluice gate.
