بررسی اثر زاویه برخورد جت به پرش هیدرولیکی روی بستر زبر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه بیرجند

2 دانشگاه مشهد

3 استادیار دانشگاه فسا

4 هیات علمی دانشگاه خلیج فارس بوشهر

چکیده

سابقه و هدف:تشکیل پرش در حوضچه‌های آرامش نقش مؤثری در استهلاک انرژی جریان در پایاب سازه‌های آبی ایفا می‌کند.پرشهیدرولیکیازنوعجریان‌هایمتغیرسریعاستکهدرصورت مناسب بودن شرایط کانال در پایین دست جریانازحالتفوقبحرانیبهزیربحرانیتغییرمی‌یابد و با استهلاکانرژیقابلتوجهیهمراهاست. در این پژوهش شیوه جدیدی به منظور کاهش اعماق مزدوج و طول پرش پیشنهاد شده استکه در آن از ویژگی‌های یک جت مستطیلی آزاد سریع و زبری کف برای تاثیر گذاری برخصوصیات پرش استفاده گردیده است. برخورد جت سریع به پرش و انتقال اندازه حرکت به آن خصوصیات و موقعیت پرش را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق یک مطالعه آزمایشگاهی با مجموعه‌ای از آزمایش‌ها در یککانال با جداره‌های تمام شیشه‌ای به عرض30 سانتی‌متر و به طول 12 متر و ارتفاع50 سانتی‌مترانجام گرفت. عمق جریان در طول کانال به دو روش مستقیم وغیر مستقیم اندازه‌گیری شد. در روش غیر مستقیم با نصب پیزومترهایی در کف کانال و قرائت ارتفاع پیزومترها به کمک دوربینی با قدرت وضوح بالا و سپس استفاده از نرم افزار گرافر عمق جریان اندازه‌گیری شد. بمنظور بررسی تاثیر دبی ، زاویه جت و زبری کف بر روی مشخصات پرش هیدرولیکی از سه دبی 2، 5/2 و2/3 لیتر بر ثانیه برای جت و چهار زاویه برای راستای افقی جت شامل ‌‌60 درجه، 90 درجه، زاویه‌ی با حداکثر جابجایی ابتدای پرش و زاویه‌ی بدون تغییر ابتدای پرش و سه نوع زبری استفاده شد.
یافته‌ها:نتایجآزمایشگاهی نشان داد، برای یک زاویه مشخص جت، در دبی‌های مختلف، پرش هیدرولیکی هیچ‌گونه جابجایی ندارد که این زاویه به عنوان زاویه بی اثر نامگذاری شد. با افزایش زاویه جت، پرش به سمت بالادست حرکت کرد و از یک زاویه به بعد پرش هیچ گونه حرکتی به سمت بالادست نداشت که این زاویه نیز به عنوان حداکثر زاویه جابجای پرش نامگذاری گردید. تغییر زاویه و دبی جت موجب کاهش یا افزایش عمق ثانویه، طول پرش، افت انرژی نسبی و نیروی برشی بستر شد.زبری کف کانال باعث کاهش مشخصات پرشهیدرولیکی گردید. استفاده از جت با حداکثر زاویه، دبی2/3 لیتر بر ثانیه، کمترین عدد فرود جریان و زبری سینوسی،نسبت اعماق مزدوج به میزان 9/45 درصد کاهش یافت. با بکارگیری جت با زاویه 60 درجه، دبی 2/3 لیتر بر ثانیه،بیشترین عدد فرود جریانو حالت بستر صاف، اعماق مزدوج 7/8 درصد افزایش یافت. حداکثر میزان کاهش طول پرش (3/61 درصد) در استفاده از جت با حداکثر زاویه، دبی 2/3 لیتر بر ثانیه، کمترین عدد فرود جریانوحالت زبری سینوسی رخ داد. حداکثر میزان افزایش طول پرش(7/15درصد) نیز در استفاده از جت با زاویه 60 درجه، دبی 2/3 لیتر بر ثانیهوبیشترین عدد فرود بود. استفاده از جت با حداکثر زاویه، دبی2/3 لیتر بر ثانیه، کمترین عدد فرود و بستر صاف، نیروهای برشی تا حدود 8/17 برابر نسبت به حالت بدون جت و بدون زبری(بستر صاف)، افزایش نشان داد.استفاده ازجت با زاویه 60 درجه، نیروهای برشی را به میزان7/6 برابر نسبت به حالت بدون جت و بدون زبریکف کاهش داد.
نتیجه‌گیری:وارد کردن جت به پرش با زاویه‌ای بزرگتر از زاویه‌یبی‌اثر، باعث کاهش نسبت اعماق مزدوج، طول پرش و افزایش افت انرژی و نیروهای برشی کف می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of the jet collision angle to hydraulic jump on roughness bed

نویسندگان [English]

  • mehdi dastourani 1
  • Mehdi Bahrami 3
  • Ali Dindarlou 4
4 instructor of Persian gulf university
چکیده [English]

Background and Objectives: A jump formation in stilling basins has effective roles in reduction of flow energy in downstream of hydro structures. Hydraulic jump is kind of rapidly varied flow and converts from supercritical state to subcritical state of flow in downstream by significant dissipation. In this paper, therehave been suggested a new method for decreasing both values of the conjugate depths and the hydraulic jump's length that was based on using the specifications of a rectangular free-jet for affecting to the jump features. In fact, fast impact of the jet into the jump and shifting the momentum value to it, affected the jump's specifications and situation.
Material and methods: This research was an experimental study. The experimental setup was including the flume with the walls of the glass materials in the dimensions of the 1200*30*50 cube centimeter. The depth of the flow measured by two methods of direct and indirect named. Indirect method included installing the piezometers in the flume bed and reading the height of the water column in the piezometers by a camera with a high resolution. Then it measured by a plotter of the flow’s depth software. In order to the investigation of the effect of the discharge, jet angle and bed roughness on the jump’s specifications, the tests performed in various conditions by three different jet’s discharges of 2, 2.5 and 3.2 liter per second, the jet’s angles of 60 and 90 degree versus the horizontal direction and two specific angles that their direction considered toward the maximum displacement from the beginning point of the jump direction and without any displacement and change at the beginning point of the jump direction. Also, have been used three kind of roughness.
Findings: Results have been showed, at a special jet angle, in the various dischargethe hydraulic jump had not any displacement and this angle was named as the neutral angle. As the jet’s angle increased, the jump moved toward the upstream until the angel reached to the extent with no movement of the jet to the upstream, this angle called as the maximum angle of the jump displacement. Change in the angle and discharge of the jet has beencaused changes in the secondary depth, jet length, relative energy loss and bed shear stress. Canal bed roughness was reduced hydraulic jump characteristics. Using jet withthe maximum angle, the discharge equal to the 3.2 liter per second, minimum Froude number and sinusoidal roughness, the conjugate depths ratio have been decreased of 45.9 percent. Using a jet with the angle of the 60 degrees,the discharge of the 3.2 liter per second,the maximum Froude number of the flow in the flat bed,the conjugate depths ratio had increased by 8.7 percent. The maximum reduction in the jet length (61.3 percent) occurred at the maximum jet angle, 3.2 liter per second of discharge in the minimum Froude number and the sinusoidal roughness. The maximum increasing in the jet length (15.7 percent)was happened in the angle of the 60 degrees, discharge about 3.2 liter per second with the maximum Froude numberand flat bed. Using the maximum angle of the jet, discharge about 3.2 liter per second and minimum Froude number in flat bed, shear forces were increased about 17.8 times versus without jet and flat bed. Using a jet with a 60-degree angle, was reduced shear stress to 6.6 times versus without jet and bed roughness.
Conclusion: Applying the jet to the jump with an angle greater than ineffective angle causes decreasing in the conjugate depths ratio and jump lengthand causes increasing in the energy loss and bed shear forces.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic jump
  • Rectangular Free jet
  • Super-critical flow
  • energy dissipation
 1.Abbaspour, A., Hosseinzadeh Dalir, A., Farsadizadeh, D., and Sadraddini, A.A. 2009.
Effect of Sinusoidal Corrugated Bed on Hydraulic Jump Characteristics. J. Water Soil Sci.
19: 1. 13-26. (In Persian)
2.Ahmadi, A., and Honar, T. 2015. Assessing Effect of End Sill with Different Forms on
Hydraulic Jump Characteristics. Journal of Science and technology of Agriculture and
Natural Resources, Water and Soil Science.18: 70. 135-145. (In Persian)
3.Ead, S.A., and Rajaratnam, N.2002. Hydraulic jumps on corrugated beds. J. Hydr. Engin.
ASCE. 128: 656-663.
4.Gohari, A., and Farhoudi, J. 2009. The characteristics of hydraulic jump on rough bed stilling
basins. 33rdIAHR Congress, Water Engineering for a Sustainable Environment, Vancouver,
British Columbia, August 9-14.5.
5.HagerWilli, H. 1995. Energy Dissipaters and Hydraulic Jump. Dordrecht: Kluwer Academic
Publishers, ISBN 90-5410-198-9.
6.Jam, M., Mardasht, A., and Talebbeydokhti, N.2015. Evaluation of Hydraulic Jump on
Dentate Blocks Stilling Basin. J. Hydr. 9: 1. 1-10. (In Persian)
7.Mohamad, A.H.S. 1991. Effect of roughened-bed stilling basin on length of rectangular
hydraulic jump. J. Hydr. Engin. ASCE. 117: 83-93.
8.Najandali, A., Esmaili, K., and Farhoudi, J. 2012. The Effect of Triangular Blocks on the
Characteristics of Hydraulic Jump. J. Water Soil. 26: 2. 282-289. (In Persian)
9.Neisi, K., ShafaiBejestan, M., Ghomshi, M., and Kashefipoor, S.M. 2014. Investigation of
Hydraulic Jump Characteristics at Roughened Bed of Sudden Expansion Stilling Basin.
J. Irrig. Sci. Engin. 37: 2. 83-93. (In Persian)
10.Parsamehr, P., Farsadizadeh, D., and Hosseinzadeh Dalir, A. 2013. Influence of Sill and
Artificial Roughness over Adverse Bed Slopes on Hydraulic Jump Characteristics. J. Water
Soil. 27: 3. 581-591.
11.Rajaratnam, N. 1968. Hydraulic jumps on rough beds. Trans. Eng. Inst. Canada. 11: 2. 1-8.
12.Shafai-Bajestan, M., and Neisi, K. 2009. A New Roughened Bed Hydraulic Jump Stilling
Basin. J. Appl. Sci. 2: 1. 436-445.
13.Silvester, R. 1964. Hydraulic jump in all shapes or horizontal channels. Proceeding of the
American Society of Civil Engineering. J. Hydr. Div. 90: 23-23.
14.Toozandehjani, M., and Kashefipour, M. 2013. Laboratory Investigation of the Effect of
Diversion Dam Underflow on the Hydraulic Jump Characteristics. J. Sci. Technol. Agric.
Natur. Resour. Water and Soil Science. 16: 62. 205-216. (In Persian)
15.Valinia, M., Ayyoubzadeh, A., and Yasi, M. 2014. An experimental study of the effect of
baffle blocks distance from a gate on the hydraulic jump length and energy dissipation.
J. Water Soil Resour. Cons. 3: 3. 1-10. (In Persian)
16.Varol, F.A., Ҫevik, E., and Yüksel, Y. 2009. The Effect of Water Jet on the Hydraulic Jump.
Thirteenth International Water Technology Conference, IWTC, Hurghada, Egypt.
17.YüKSEL, Y., Günal, M., Bostan, T., Ҫevik, E., and Ҫelikoǧlu, Y. 2004. The Influence of
Impinging Jets on Hydraulic Jumps. Process of the Institution of Civil Engineering, Water
Management. 157: WM2. 63-76.