توصيفگر ها :
سرريز گلبرگي شكل , جريان دوفازي آب و هوا , تخليه كنندۀ تحتاني , رژيم جريان توپي و لخته اي , پديده هاي فوران و پس زدن
چكيده فارسي :
تاكنون مطالعات زيادي جهت حذف و يا كاهش قدرت جريان گردابي در ورودي سرريزهاي مدور قائم انجام شده است و راه‌كارهايي نيز براي اين منظور ارائه شده است. از جمله اين راه‌كارها مي‌توان به استفاده از صفحات ضدگرداب، اصلاح شكل ورودي سرريز مدور قائم به‌صورت‌هاي مختلف نظير سرريزهاي نيلوفري، كنگره‌اي، كليدپيانويي، گلبرگي‌شكل و ساير اشاره كرد. با شكل‌گيري جريان گردابي و ورود هوا به سيستم هيدروليكي، جريان دوفازي آب و هوا در مجاري بسته مانند تونل‌ها، لوله‌هاي انتقال آب و كالورت‌ها به وجود مي‌آيد. باتوجه به شرايط و نوع گرداب تشكيل شده در بالادست، انواع الگوهاي جريان دوفازي در مجاري تحت‌فشار شكل مي‌گيرند. تودههاي هوا در مجراي بسته، باتوجه به شرايط موجود يا به سمت پايين‌دست و يا بالادست حركت كرده و به ترتيب پديده‌هاي فوران در خروجي و پس‌زدگي جريان در ورودي مجرا شكل مي‌گيرند. با ايجاد پديده‌هاي مذكور مجراي تخليه‌كنندة تحتاني، تحت نوسان‌هاي شديد فشار قرار مي‌گيرد و به مرور زمان جداره مجرا دچار خوردگي و فرسايش شده و خسارت‌هاي جبران‌ناپذيري را به سازه‌ي هيدروليكي وارد مي‌كند.
در تحقيق حاضر با مدل‌سازي آزمايشگاهي به بررسي پديده‌هاي فوران و پس‌زدگي جريان در سرريز مدرو قائم با ورودي گلبرگي‌شكل پرداخته شده است. آزمايش‌ها در مخزني استوانه‌اي به قطر 2 و ارتفاع 1 متر انجام شده است. از 14 مدل سرريز گلبرگي‌شكل با پارامترهاي هندسي مختلف استفاده شده است. جهت اندازه‌گيري مشخصات تودههاي هوا اعم از سرعت، فركانس، طول و حجم از تكنيك تصويربرداري استفاده شده است. باتوجه به اين‌كه مشخصات هر يك از تودههاي هوا با تودۀ ديگري متفاوت است، جهت اندازه‌گيري پارامترهاي لازم از چندين تودۀ هوا استفاده شده و در نهايت از مقادير به‌دست آمده متوسط‌گيري شد.
بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه با افزايش دبي ورودي، گرداب تشكيل شده در مخزن بالادست قوي‌تر مي‌شود و رژيم جريان در تخليه‌كنندة تحتاني از رژيم توپي به لخته‌اي تبديل مي‌شود. در هر دو پديدة مذكور با افزايش مقدار پارامتر چرخش، عدد فرود، فركانس، طول نسبي و حجم نسبي تودههاي هوا افزايش مي‌يابد. تغيير مشخصات هندسي سرريزها شامل طول، ارتفاع، تعداد و قطر گلبرگ‌ها، روي مشخصات تودههاي هوا در مجرا تخليه‌كنندۀ تحتاني تاثيرگذار است. با وقوع پديده‌هاي فوران و پس‌زدن، مجراي تخليه‌كنندة تحتاني تحت تأثير بيشينه و كمينه مقادير فشار قرار مي‌گيرد و با افزايش عمق پاياب، ميانگين فشار وارده به كف مجرا افزايش مي‌يابد.
چكيده انگليسي :
So far, many studies have been conducted to eliminate or reduce strength of the swirling flow at intake of the vertical shaft spillways, providing some applied solutions, including modified shape of the entrance by applying the Piano-Key or Marguerite-shaped inlets. Creating the swirling flow results in air entertainment in the hydraulic systems, thereby an air-water two-phase flow generates inside the pipeline and bottom outlet. According to the hydraulic aspects and type of the vortex formed at intake, different two-phase flow patterns are formed in pressurized pipelines. The generated air pockets move up- and downstream in the bottom outlet, resulting in blow-back and blow-out phenomena, causing strong pressure fluctuations inside the pipeline, thereby results in erosion and corrosion of the pipeline and imposes sever damage to the hydraulic structures. As shaft spillways are increasingly employed in dam engineering projects around the world, more researches are essential to resolve the above mentioned problems of blow-back and blow-out flow regimes in bottom outlet of the shaft spillways.
In the present experimental study, the blow-back and blow-out phenomena inside a bottom outlet of a vertical shaft-spillway with different arrangements of the Marguerite-shaped inlets were investigated. Experiments were performed in a cylindrical reservoir 2 m in diameter and 1 m high at the hydraulic laboratory, department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology. Fourteen different Marguerite-shaped inlets with various hydraulic characteristics were applied. An image processing technique was used to measure the hydraulic aspects of air pockets, including average velocity, frequency, length and void fraction.
Results indicate that by changing the water inflow discharge and geometrical parameters of the Marguerite-shaped inlets, the swirling flow strength at the intake changes and the flow regime inside the bottom outlet reforms between the stratified, plug and slug flow regimes. By increasing the Swirling Parameter dimensionless hydraulic characteristics of the air pockets increase. According to the results, the blow-back phenomenon, results in the decrease in internal pressure inside the bottom outlet, whereas the blow-out increases the dynamic pressure inside the pipeline. Furthermore, by increasing the tail-water depth inside the downstream reservoir, the average internal dynamic pressure increases. The present experimental results suggest that by applying the Marguerite-shaped inlets, the blow-back is prevailing for Ps = 1.55 to 2.1. Finally, applying the SPSS statistical software, different correlations were derived for characteristics of the air pockets including the average velocity, frequency, length and void fraction for both flow regimes, with the highest correlation coefficient and the least error values.
