هیدروفیزیک

هیدروفیزیک

بررسی آزمایشگاهی تأثیر زبری‌های مکعبی روزنه‌دار بر مشخصات پرش هیدرولیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری گروه علوم آب، واحد شوشتر، دانشگاه ،آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
2 استادیار، گروه علوم آب، مرکز تحقیقات علوم آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه ،آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
3 گروه علوم آب، مرکز تحقیقات علوم آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه ،آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
4 دانشیار، گروه مهندسی سازه های دریایی، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران.
چکیده
پرش هیدرولیکی یکی از مهم‌ترین پدیده‌های جریان‌ روباز برای استهلاک انرژی در سازه‌های هیدرولیکی است. با توجه به اینکه روابط کلاسیک پرش عمدتاً برای بسترهای صاف توسعه یافته‌اند، در این پژوهش اثر زبری هیدرولیکی بستر شامل بستر با زبری ساده و زبری‌های مکعبی روزنه‌دار بر مشخصات پرش هیدرولیکی به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شد. پارامترهای طول پرش، موقعیت پای پرش، ارتفاع پرش، استهلاک انرژی و تنش برشی متوسط بستر در شرایط مختلف جریان مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که افزودن زبری به بستر موجب کاهش طول پرش، تغییر موقعیت پای پرش و افزایش ارتفاع نسبی پرش می‌شود. همچنین بستر با زبری روزنه دار در مقایسه با بستر با زبری ساده اثر بیشتری بر تغییر ساختار جریان و کنترل مشخصات پرش نشان داد. بررسی تنش برشی متوسط نشان داد که مقدار این پارامتر با افزایش زبری افزایش می‌یابد، به‌طوری‌که میانگین تنش برشی برای بسترهای بدون زبری، زبری ساده و زبری مکعبی روزنه‌دار به‌ترتیب 05/16، 12/31 و 38/45 پاسکال به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که زبری مکعبی روزنه دار به دلیل اثر هم‌زمان زبری سطحی و تبادل جریان در بستر، بیشترین تأثیر را بر تغییر مشخصات پرش هیدرولیکی شامل طول پرش، موقعیت پای پرش، ارتفاع نسبی پرش، استهلاک انرژی و تنش برشی متوسط بستر دارد که این یافته‌ها می‌تواند در طراحی بهینه سازه‌های مستهلک‌کننده انرژی و کنترل فرسایش بستر مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Effects of Perforated Cubic Roughness on Hydraulic Jump Characteristics

نویسندگان English

Babak Bazgiri 1
Hossein Eslami 2
Mohsen Solimani Babarsad 3
Morteza Bakhtiari 4
Saeb Khoshnavaz Kumleh 2
1 Ph. D. Student, Department of Water Science, Sho.c., Islamic Azad University, Shoushtar, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Water Science, Water Science and Environmental Research Center, Sho.c., Islamic Azad University, Shoushtar, Iran.
3 Department of Water Science, Water Science and Environmental Research Center, Sho.c., Islamic Azad University, Shoushtar, Iran.
4 Associated Professor, Department of Marine Structures Engineering, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Sciences and Technologies, Khorramshahr, Iran.
چکیده English

Hydraulic jump is one of the most important free-surface flow phenomena for energy dissipation in hydraulic structures. Since the classical hydraulic jump relationships have mainly been developed for smooth beds, this study experimentally investigates the effects of hydraulic bed roughness, including simple roughness and perforated cubic roughness elements, on hydraulic jump characteristics. The jump length, jump toe location, jump height, energy dissipation, and mean bed shear stress were evaluated under different flow conditions. The results showed that the addition of roughness elements to the bed reduces the hydraulic jump length, changes the jump toe location, and increases the relative jump height. Moreover, the bed with perforated cubic roughness exhibited a greater influence on flow structure modification and hydraulic jump control compared with the simple roughness bed. The analysis of mean bed shear stress indicated that this parameter increased with increasing bed roughness, where the average shear stress values for the smooth bed, simple roughness bed, and perforated cubic roughness bed were obtained as 16.05, 31.12, and 45.38 Pa, respectively. Furthermore, the results demonstrated that perforated cubic roughness, due to the combined effects of surface roughness and flow exchange within the bed, had the greatest impact on modifying hydraulic jump characteristics, including jump length, jump toe location, relative jump height, energy dissipation, and mean bed shear stress. These findings can be applied to the optimal design of energy dissipation structures and erosion control of hydraulic beds.

کلیدواژه‌ها English

Hydraulic jump
hydraulic roughness
energy dissipation
shear stress

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 06 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 15 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 18 شهریور 1405