نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دوره کارشناسی ارشد مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول

2 استادیار گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی جندی شاپور

3 استاد دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

     در این مقاله بررسی اثر میزان اختلاط هوای ورودی به مغزه­ی جت قائم برخوردی بر الگوی آبشستگی در حوضچه استغراق ارائه شده است. در این مطالعه­ی آزمایشگاهی، الگوهای مختلف ورود هوا به ازای عمق­های مختلف پایاب در مقابل شرایط بدون هوای ورودی به جت مورد مقایسه قرار گرفت. طرح آزمایش­ها بگونه­ای تدوین گردید که درصد غلظت هوای ورودی به جت مقادیر صفر، 5، 10، 15 و 20 درصد را تجربه نماید. نتایج نشان داد که درصد غلظت هوا در میزان ابعاد حفره آبشستگی تأثیر به­سزایی دارد و ورود هوا منجر به کاهش میزان فرسایش در کف حوضچه­ی استغراق خواهد شد. نتایج حاکی از آن بود که با افزایش درصد غلظت هوای وارده به جت، میزان حداکثر عمق و طول نسبی سطح فرسایش یافته در کف بستر حوضچه­ی استغراق کاهش می‌‌یابند. این میزان تغییرات در ابعاد حفره‌ی ایجاد شده در کف حوضچه ابتدا بدون تأثیر و با گذر عدد فرود جت از حد بحرانی خود شروع به فرسایش بستر می‌نماید. نتایج نشان داد که علاوه بر عدد فرود جت، میزان هوای ورودی به جت نیز از یک حد آستانه بر­خوردار است و با کم شدن از حد مرزی پنج درصد در افزایش تنش­برشی مازاد وارده بر کف حوضچه بی تأثیر خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Scouring Rate in Plunge Pools Resulting from Impinging Jets With and Without Aeration

نویسندگان [English]

  • Akbar Armaghani 1
  • Babak Lashkarara 2
  • ALi Mohammad Akhond - Ali 3

1 M.Sc. Graduate, Department of Civil Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran.

2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Jundi-Shapur University of Technology, Dezful, Iran

3 Professor, Department of Hydrology and Water Resources, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.

چکیده [English]

draining the flood of enormous dams and transmitting the procedure to the downstream is one of the important issues regarding hydraulic structures. Plunge pools are the main structures to dissipate the high rate of energy. The amount of energy at an outlet jet depends on various parameters such as the dropping height, the thickness of the jet, and other environmental conditions. Local erosion in plunge pools with alluvial beds is a complex phenomenon and determining the geometric features of the scour hole is really difficult. The outlet flow mixes with the turbulence factor and hits the bed of the plunge pools with a semi-perpendicular condition. Therefore, the present study was conducted to determine the scour which was caused by inlet air along the middle water jet on the bottom of the plunge pools. Xu et al. (2004) tested the aeration effects on the scouring caused by the falling jet and obtained a small relationship between the percentage of air jet density and the relative scour depth. The results informed that aeration affects the shape of the scour hole and essentially reduces the scour depth. Manso et al. (2004) investigated the interaction of the geometric shape of the submerged pond with rocky bedding on the rate of diffusion of the falling jet. They tested various diameters of jets,5.5, 11 and 16.5 times the diameter of falling jet, on the smooth and rough beds to investigate the dynamic pressures with frequencies between 1 to 2 KHZ. Their findings showed that the geometric shape of the pond has a direct impact on the jet diffusion rate. Duarte et al. (2015) studied the effects of air inlet to jet on the dynamical pressure on the floor of the submerged pond. They increased the jet's velocity to 22 m/s. The final results showed that the air inlet to the jet led to a decline in the total pressure on the floor of the pond.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scour
  • Pre-aeration
  • Tail water
  • Mixing
  • Energy dissipater
  • Spillway

1-    Armaghani, A., 2013. Experimental Study of the effect of pre-aerated jet on plunge pool scour depth. Master's thesis. Jundi-Shapur University of Thechnology, Dezful, Iran(In Persian).

 

2-    Bin, A.K., 1984, September. Air entrainment by plunging liquid jets. In Proceedings of the IAHR Symposium on scale effects in modeling hydraulic structures (pp. 5-5).

 

3-    Bohrer, J.G., Abt, S.R. and Wittler, R.J., 1998. Predicting plunge pool velocity decay of free falling, rectangular jet. Journal of hydraulic engineering, 124(10), pp.1043-1048.

 

4-    Bormann, N.E. and Julien, P.Y., 1991. Scour downstream of grade-control structures. Journal of Hydraulic Engineering117(5), pp.579-594.

 

5-    Canepa, S. and Hager, W.H., 2003. Effect of jet air content on plunge pool scour. Journal of hydraulic engineering, 129(5), pp.358-365.

 

6-    Clarke, F.R.W., 1962. The action of submerged jets on moveable material (Doctoral dissertation, Imperial College London (University of London).

 

7-    Duarte, R., Schleiss, A.J. and Pinheiro, A., 2015. Influence of jet aeration on pressures around a block embedded in a plunge pool bottom. Environmental Fluid Mechanics, 15(3), pp.673-693.

 

8-    Ervine, D.A., 1976. The entrainment of air in water. International Water Power and Dam Construction, 28(12), pp.27-30.

 

 

9-    Mason, P.J., 1989. Effects of air entrainment on plunge pool scour. Journal of Hydraulic Engineering, 115(3), pp.385-399.

 

10- Manso, P.E.D.R.O., Bollaert, E.F.R. and Schleiss, A.J., 2004, November. Influence of rock scour geometry on dynamic pressures due to jet impact. In 2nd Int. Conf. on Scour and Erosion (pp. 14-17).

 

11- Robinson, K.M., 1989. Stress distribution at an overfall. Transactions of the ASAE32(1), pp.75-0080.

 

12- Rouse, H., 1940. Criteria for Similarity in the Transportation of Sediment. University of Iowa Studies in Engineering20, pp.33-49.

 

13- Xu, W., Deng, J., Qu, J., Liu, S. and Wang, W., 2004. Experimental investigation on influence of aeration on plane jet scour. Journal of Hydraulic Engineering, 130(2), pp.160-164.

 

14- Van de Sande, E., 1981. Air entrainment by plunging water jets (Doctoral dissertation, TU Delft, Delft University of Technology).