تعیین آزمایشگاهی تنش برشی متوسط در کانال‌های مستطیلی و ذوزنقه‌ای صاف به روش مستقیم

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز.

2 استادیار گروه مهندسی عمران-آب دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول.

3 استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 3697 - 19395 تهران، ایران.

چکیده

تحقیق حاضر با هدف اندازه‌گیری مستقیم تنش برشی در کانال‌های مستطیلی و ذوزنقه‌ای با بستر صاف هیدرولیکی ارائه گردیده است. در این راستا به‌منظور اندازه‌گیری مستقیم تنش برشی کل در محیط مرطوب کانال‌های روباز شیوه‌ای نوین ارائه گردید. در این راستا با ساخت فلومی با ادوات ویژه، نیروی کل برشی وارده بر محیط مرطوب با استفاده از سلول‌های حساس به بار دینامیک اندازه‌گیری گردید. سیستم اندازه‌گیری مذکور فلوم لبه چاقویی نامیده شد که بر اساس جذب ممنتم قادر به اندازه گیری نیروی برشی وارده بر جداره فلوم می‌باشد. جهت تعیین تغییرات تنش برشی موضعی در کانال‌های با مقطع مستطیلی و ذوزنقه‌ای از لوله پرستون با قطر خارجی 4 میلی‌متر مجهز به سلول‌های حساس به فشار دینامیک استفاده گردید. برای تبدیل اختلاف فشار استاتیک و دینامیک قرائت شده در لوله پرستون به تنش برشی از منحنی واسنجی پتل استفاده شد. برای تفکیک تنش برشی بستر و جداره از روش ترکیبی فلوم لبه چاقویی-لوله پرستون استفاده شد. مزیت این روش در آن است که حساسیت قطر لوله پرستون در معادله‌های محاسبه تنش برشی به حداقل مقدار ممکن کاهش خواهد یافت.مقایسه نتایج حاصل از اندازه‌گیری تنش برشی به روش مستقیم و غیر مستقیم حاکی از برتری نتایج روش مستقیم می‌باشد. در این مقاله منحنی‌های تنش برشی بستر و جداره در مقاطع مستطیلی و ذوزنقه‌ای صاف با شیب جداره 1، 1/5 و 2 ارائه شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Determination of Average Shear Stress in Smooth Rectangular and Trapezoidal Open Channels by Direct Method

نویسندگان [English]

  • Manoochehr Fathi Moghadam 1
  • Babak LashkarAra 2
  • Arash Jael 3
چکیده [English]

     Aim of this study is to measure shear stress in smooth rectangular and trapezoidal open channels. A new approach is presented to measure direct shear on wet perimeter of open channels.  A water flume with a section on a frictionless support (called knife edge flume) along with a system of load cell was used to measure total force on the wet perimeter. The local boundary shear stress in rectangular and trapezoidal cross sections was measured using a 4mm diameter Preston tube connected to a differential pressure transducer and a data acquisition system. The calibration curves proposed by Patel were used to convert the pressure readings to shear stress. Local and total shear measurements were used to differentiate the channel wall and bed shear forces. This method allows minimizing of the error as result of the Preston tube diameter. Comparison of the results confirmed advantage of the momentum method over the energy method in term of accuracy. Results are presented for smooth rectangular and trapezoidal channel cross sections with side slopes of 1, 1.5, and 2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shear Stress
  • Preston Tube
  • Direct method
  • Momentum absorption