بررسی آزمایشگاهی و عددی تاثیر طول تبدیل بر میزان تلفات انرژی در تبدیل های تدریجی کانال های روباز در جریان زیربحرانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی موسسه غیرانتفاعی میرداماد گرگان، دانشکده مهندسی عمران.

2 استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه رازی کرمانشاه.

3 دانشیار دانشکده مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

4 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه رازی کرمانشاه.

چکیده

      تبدیل­ها سازه­هایی هستند که می­توانند با ایجاد تغییر در نوع سطح مقطع کانال­ها، هندسه کانال و نوع جریان را عوض کنند. با افزایش ابعاد در راستای مقطع در تبدیل، از سرعت جریان کاسته می­شود. این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به­وجود آورده و باعث تلفات انرژی می­شود. در این مطالعه، الگوی جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال­های مستطیلی به ذوزنقه­ای برای جریان زیربحرانی به­صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار مطالعه آزمایشگاهی، شبیه­سازی عددی سه بعدی الگوی جریان با استفاده از نرم­افزار فلوئنت و مدل تنش رینولدز (RSM) انجام گرفته است. پروفیل­های سطح آب و سرعت جریان در مقاطع مختلف تبدیل بصورت آزمایشگاهی اندازه­گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده­اند که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می­دهد. همچنین بازدهی هیدرولیکی تبدیل و ضریب تلفات انرژی در امتداد تبدیل به ازای طولهای مختلف تبدیل و اعداد فرود ورودی مختلف محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، بازدهی تبدیل و ضریب تلفات انرژی به­ترتیب کاهش و افزایش می­یابند. همچنین با افزایش طول تبدیل عریض­شونده، بازدهی تبدیل و ضریب تلفات انرژی به­ترتیب دچار افزایش و کاهش می­شوند. پس از صحت­سنجی مدل عددی، تاثیر عدد فرود بالادست و دبی ورودی بر نواحی چرخشی جریان ایجاد شده در دو طرف تبدیل و تنش برشی بستر در امتداد تبدیل بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. با افزایش عدد فرود  بالادست، طول و عرض ناحیه جدایی جریان ایجاد شده در دو طرف تبدیل افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Investigation of the Effect of Transition Length on Energy Losses in Gradual Transitions Open Channels Under Subcritical Flow

نویسندگان [English]

  • Adel Asnaashari 1
  • Ali Akbar Akhtari 2
  • Amir Ahmad Dehghani 3
  • Hossain Bonakdari 4
1 Ph.D. Candidate of Civil Engineering, Hydraulic Structures, Razi University, Kermanshah, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Associate Professor, Department of Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 4- Professor, Department of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran.
چکیده [English]

'Transition' is a short hydraulic structure used to change the cross-sectional shape or flow shape. Transitions are commonly used both in the open-channels and natural waterways. The task of a transition is to connect a narrow channel at the upstream to a wider downstream channel or vice-versa. This, creates a disturbance region of turbulent flow causing energy losses. In general, the structure of a transition prevents the formation of wave and other turbulencies. In this case, the energy loss, due to the change in the amount of the momentum, will be minimized.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Expansive Gradual Transition
  • flow pattern
  • Energy Losses
  • Flow Separation Zones
  • Bed Shear Stress

مراجع

1- Abbott, D. E., and S. J. Kline. 1962. Experimental investigation of subsonic turbulent flow over single and double backward facing steps. Journal of Basic Engineering 84, 317.
 
2- Alauddin, M., and B. C. Basak. 2006. Development of an Expansion Transition in Open Channel Sub-Critical Flow. Journal of Civil Engineering, 34(2): 91-101.
 
3- Basak, B. C., and M. Alauddin. 2010. Efficiency of an Expansive Transition in an Open Channel Subcritical Flow. DUET Journal., Dhaka University of Engineering & Technology: 27-32.
 
4- Fluent 6.3.26 User Manual, Fluent Inc, 2006.
 
5- Haque, A. 2008. Some Characteristics of Open Channel Transition Flow. Msc Thesis, Civil Engineering, Concordia University.
 
6- Henderson, F. M. 1966. Open Channel Flow. Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ 07458.
 
7- Hosseini, S. M., and J. Abrishami. 2014. Hydraulic open channels. Imam Reza University Publishers, Thirty-First Edition. (In Persian).
 
8- Howes, D. J., Burt, C. M. and B. F. Sanders. 2010. Subcritical contraction for improved open-channel flow measurement accuracy with an upward-looking ADVM. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136: 617–626.
 
9- Najafi Nejad Nasser, A. 2011. An Experimental Investigation of Flow Energy Losses in Open- Channel Expansions, Msc Thesis, Civil Engineering, Concordia University.
 
10- Najmeddin, S. 2012. CFD Modeling of Turbulent Flow in Open-Channel Expansions. Msc Thesis, Civil Engineering, Concordia University.
 
11- Ramamurthy, A. S., Basak, S. and P. R. Rao. 1970. Open channel expansions fitted with local hump. Journal of hydraulics division, ASCE 96(HY5): 1105–1113.
 
12- Swamee, P. K. and B. C. Basak. 1992. Design of trapezoidal expansive transitions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE 118(1): 61-73.
علوم و مهندسی آبیاری
دوره 41، شماره 2
تیر 1397
صفحه 45-59

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 دی 1394
  • تاریخ بازنگری: 30 آبان 1395
  • تاریخ پذیرش: 14 آذر 1395
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار