شماره مدرك
20928
شماره راهنما
17979
پديد آورنده
نكوئي شجاع، كيميا
عنوان
بررسي رژيم هاي هيدروليكي سرريز اوجي همراه با كالورت
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
سازه هاي آبي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
چهارده، 97ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
سرريز اوجي , سازه هاي تركيبي , رژيمهاي جريان , سرعتسنج داپلر صوتي , ضريب برهمكنش , ضريب كاهش دبي , خطوط همتراز سرعت , انرژي جنبشي آشفته
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/27
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
علوم و مهندسي آب
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/11/27
كد ايرانداك
23207353
چكيده فارسي
اندازهگيري و كنترل دبي جريان در كانالهاي باز از اهميت بالايي برخوردار بوده و سازهها و روشهاي متعددي براي اين منظور بهكار ميروند. در بين اين سازهها، سرريزها و دريچهها بهدليل سادگي، هزينه كم و كاربرد گسترده، از متداولترين ابزارهاي اندازهگيري دبي در كانالهاي باز محسوب ميشوند. استفاده جداگانه از اين سازهها، بهويژه در شرايطي كه جريان آب حاوي مواد رسوبي يا اجسام شناور باشد، ميتواند موجب بروز اختلال در عملكرد و افزايش خطاي اندازهگيري شود. بهمنظور كاهش نقاط ضعف سرريز و دريچه، ميتوان اين دو سازه را در قالب يك سازه هيدروليكي تركيبي بهكار گرفت. در اين سيستم كه بهعنوان سرريز-دريچه شناخته ميشود، امكان عبور همزمان جريان روي سرريز و زير دريچه فراهم شده و انتقال مواد رسوبي از زير دريچه و اجسام شناور از روي سرريز تسهيل ميگردد. در اين ميان سرريزهاي اوجي بهدليل توانايي عبور جريان بهصورت كارآمد و ايمن، قابليتهاي مطلوب در اندازهگيري جريان، جلوگيري از گسترش پديدهي كاويتاسيون و ايجاد فشار منفي توجه بسياري را به خود معطوف داشتهاند. در اين پژوهش رفتار جريان و رژيمهايجريان تشكيلشده بر روي مدل سرريز اوجي همراه با سه ارتفاع كالورت 02/0، 03/0 و 04/0 متر در دو مرحله آزمايش مجزا شامل آزمايشهاي هيدروليكي و آزمايشهاي هيدروديناميكي مورد مطالعه قرار گرفت. بدينمنظور سرريز اوجي همراه با ارتفاعهاي كالورت مذكور و در چهار دبي 0274/0، 0363/0، 0411/0 و 0440/0 مترمكعببرثانيه مورد بررسي قرار گرفت. در هر مرحله در ده استغراق، مقدار عمق جريان در بالادست و پاييندست برداشت و از نيمرخ سطح آب در نزديكي سرريز اوجي همراه با كالورت از نماي جانبي كانال عكسبرداري شد. همچنين دادههاي سرعت در سه جهت با استفاده از دستگاه سرعتسنج داپلر صوتي در چهار رژيم جريان جتبرخوردي، پرشسطحي، موجسطحي و مستغرقعميق در چندين مقطع در بالادست و پاييندست سازه براي ارتفاع كالورت 02/0 متر و دبي 0411/0 مترمكعببرثانيه برداشت گرديد. در بخش آزمايشهاي هيدروليكي ارتفاع آب روي تاج سرريز اوجي، عمقپاياب، نسبتاستغراق، عدد فرود، ضريب دبي سرريز اوجي، ضريب دبي كالورت، دبي سرريز اوجي، دبي كالورت، ضريب برهمكنش و ضريب كاهش دبي محاسبه گرديد. پس از بررسي پارامترهاي هيدروليكي، يك رابطه بر پايه آناليز ابعادي و برازش دادهها با استفاده از نرمافزار آماري Mathematica براي محاسبه ضريب برهمكنش بهمنظور برآورد دبي در شرايط جريان آزاد و بهطور مشابه رابطهاي بهمنظور محاسبه ضريب كاهش دبي با استفاده از نسبتاستغراق براي برآورد دبي در شرايط جريان مستغرق ارائه گرديد. در بخش آزمايشهاي هيدروديناميكي با اندازهگيريهاي اجزا سرعت، خطوط همتراز سرعت، بردار سرعت و خطوط همتراز انرژي جنبشي آشفته براي رژيمهاي جريان مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه در بالادست سرريز اوجي همراه با كالورت در چهار رژيمجريان، حداكثر سرعت در تاج سرريز اوجي و حداقل سرعت در كف كانال و ناحيهاي پشت طول سرريز اوجي رخ ميدهد. همچنين جهت بردارهاي سرعت در راستاي جريان ميباشد. در پاييندست سازه، حداكثر سرعت در رژيم جتبرخوردي در ناحيه برخورد جريانهاي سرريز اوجي و كالورت، در رژيم پرشسطحي در محل ايجاد پرشهيدروليكي و در رژيم موجسطحي و مستغرقعميق در تاج سرريز اوجي به سمت سطح آب رخ ميدهد. جهت بردارهاي سرعت در برخي نواحي خلاف جهت اصلي جريان شده كه نشاندهنده تشكيل يك ناحيه چرخشي در جريان ميباشد.
چكيده انگليسي
Measuring and controlling flow discharge in open channels is of great importance, and various structures and methods are employed for this purpose. Among these structures, weirs and gates are considered the most common discharge-measuring devices in open channels due to their simplicity, low cost, and wide applicability. The separate use of these structures, particularly under conditions where the flow contains sediment loads or floating debris, may lead to operational disturbances and increased measurement errors. To overcome the limitations of weirs and gates, these two structures can be combined into a single hydraulic structure. In this system, known as a weir–gate, simultaneous flow over the weir and under the gate is allowed, facilitating the passage of sediments beneath the gate and floating materials over the weir. Among various weir types, ogee weirs have attracted considerable attention due to their efficient and safe flow conveyance, favorable discharge measurement characteristics, and their ability to prevent cavitation and negative pressure development. In this study, the flow behavior and the flow regimes formed over an ogee weir combined with a culvert of three different heights (0.02, 0.03, and 0.04 m) were investigated through two separate experimental phases, including hydraulic and hydrodynamic experiments. For this purpose, the ogee weir–culvert model was examined under four discharge rates of 0.0274, 0.0363, 0.0411, and 0.0440 m³/s. At each stage, upstream and downstream flow depths were measured at ten submergence levels, and the water surface profile near the ogee weir–culvert was recorded by side-view photography of the channel. In addition, three-dimensional velocity data were collected using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) for four flow regimes—impinging jet, surface jump, surface wave, and deeply submerged—at several cross-sections upstream and downstream of the structure for a culvert height of 0.02 m and a discharge of 0.0411 m³/s. In the hydraulic experiments, the head over the ogee weir crest, tailwater depth, submergence ratio, Froude number, discharge coefficient of the ogee weir, discharge coefficient of the culvert, ogee weir discharge, culvert discharge, interaction factor, and discharge reduction coefficient were calculated. After evaluating the hydraulic parameters, an equation based on dimensional analysis and data fitting using the statistical software Mathematica was developed to calculate the interaction factor for estimating discharge under free-flow conditions. Similarly, another relationship was proposed to estimate the discharge reduction coefficient using the submergence ratio for discharge prediction under submerged-flow conditions. In the hydrodynamic experiments, flow regimes were analyzed through measurements of velocity components, velocity contour plots, velocity vectors, and turbulent kinetic energy contour lines. The results showed that, in the upstream region of the ogee weir–culvert system across all four flow regimes, the maximum velocity occurred at the ogee weir crest, while the minimum velocity was observed at the channel bed and in a zone behind the ogee weir length. In addition, the velocity vectors were generally aligned with the main flow direction. In the downstream region of the structure, the maximum velocity occurred in the impinging jet regime at the interaction zone of the ogee weir and culvert flows, in the surface jump regime at the location of the hydraulic jump, and in the surface wave and deeply submerged regimes near the ogee weir crest toward the free surface. In some regions, the direction of the velocity vectors was opposite to the main flow direction, indicating the formation of recirculation (eddy) zones within the flow.
استاد راهنما
منوچهر حيدرپوراسفرجاني , الهام فاضل
استاد مشاور
سعيد صالحي
استاد داور
محمد شايان نژاد , مهرنوش جعفري