بررسی آزمایشگاهی جریان دوفازی آب‌ـ هوا در پرش هیدرولیکی تحت تأثیر پوشش گیاهی انعطاف ‏ناپذیر

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتر‌ی سازه‎ های آبی، دانشکدۀ مهندسی آب و محیط ‏زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشیار گروه سازه‎ های آبی، دانشکدۀ مهندسی آب و محیط ‏زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز

3 استاد گروه سازه های آبی، دانشکدۀ مهندسی آب و محیط‏ زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

پرش هیدرولیکی نوعی پدیدۀ پیچیدۀ سه ‏بعدی است که به ‏وفور در رودخانه ‏ها و کانال‏ های روباز دیده می ‏شود. مقاومت هیدرولیکی گیاهان کارکرد زیادی در هیدرودینامیک رودخانه‎ ها با دشت ‎های سیلابی طبیعی گسترده دارد. پوشش گیاهی به میدان جریان نفوذ می‌کند و باعث ایجاد نیروی مقاوم و در پی آن، اتلاف انرژی می‎ شود. هدف از این تحقیق، بررسی اثر تراکم و ارتفاع پوشش، بر هیدرولیک جریان در پرش هیدرولیکی و پارامترهای مربوط به جریان دوفازی آب‌ـ هوا با استفاده از المان‏‎ های استوانه‎ ای شکل از جنس آهن گالوانیزه با قطر همگون 7 میلی‎متر به ‏عنوان پوشش گیاهی است. به‏ این ‏ترتیب، تأثیرات همراه با تنوع پوشش و یا خم شدن در نظر گرفته نمی ‎شوند. به این‌منظور، چهار فرم بستر زبر، در دو حالت زبری پیوسته و غیر پیوسته و با دو ارتفاع 5/1 و 3 سانتی‏متر استفاده ‏شده و نتایج با داده ‏های مربوط به بستر صاف به‏ عنوان مرجع، مقایسه شد. آزمایش‎ های مورد نیاز این مطالعه در فلومی مستطیلی افقی با عرض 30 سانتی‎متر، در محدودۀ اعداد فرود بین 5/5 >1Fr > 5/1 انجام شد. اندازه‏ گیری و تعیین پارامترهای مشخصۀ مربوط به جریان آب‌ـ هوا، توسط دستگاه پروب الکتریکی دو سوزنی که در این تحقیق طراحی، توسعه و واسنجی شده است، انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد وجود پوشش در کف کانال موجب افزایش هوادهی از طریق افزایش جزء خالی در طول غلتاب پرش شده و از طرفی، با افزایش نیروی مقاوم و تنش برشی در بستر سبب کاهش اعماق مزدوج و طول غلتاب پرش می‎ شود؛ که این افزایش و کاهش، بسته به مقدار عدد فرود و ارتفاع و تراکم زبری‎ ها است.

کلیدواژه‌ها

مراجع

  • Bélanger J. Notes sur l'Hydraulique. Ecole Royale des Ponts et Chaussées, Paris, France, session. 1841;1842:223.
  • Cummings PD, Chanson H. Air Entrainment in the Developing Flow Region of Plunging Jets—Part 1: Theoretical Development. Journal of Fluids Engineering‌ـ transactions of The Asme. 1997;119:597‌ـ
  • Chanson H, Brattberg T. Air Entrainment by Two‌ـ Dimensional Plunging Jets: the Impingement Region and the Very‌ـ Near Flow Field. Proceedings of 1998 ASME Fluids Engineering Conference. 1998:8.
  • Chanson H. Advective diffusion of air bubbles in hydraulic jumps with large Froude numbers: an experimental study. 2009a.
  • Wang H. Turbulence and air entrainment in hydraulic jumps. 2014.
  • Cain P, Wood IR. Measurements of self‌ـ aerated flow on a spillway. Journal of the Hydraulics Division. 1981;107(11):1425‌ـ
  • Hager W, Sinniger R. Flow characteristics of the hydraulic jump in a stilling basin with an abrupt bottom rise. Journal of Hydraulic Research. 1985;23(2):101‌ـ
  • Rajaratnam N. Hydraulic jumps. Advances in hydroscience. 4: Elsevier; 1967. p. 197‌ـ
  • Ead S, Rajaratnam N. Hydraulic jumps on corrugated beds. Journal of Hydraulic Engineering. 2002;128(7):656‌ـ
  • Hughes WC, Flack JE. Hydraulic jump properties over a rough bed. Journal of Hydraulic engineering. 1984;110(12):1755‌ـ
  • Abel R, Resch FJ. A method for the analysis of hot‌ـ film anemometer signals in two‌ـ phase flows. International Journal of Multiphase Flow. 1978;4(5):523‌ـ
  • Resch FJ, Leutheusser HJ, Alemu S. Bubbly two‌ـ phase flow in hydraulic jump. Journal of the Hydraulics Division. 1974;100(1):137‌ـ
  • Lee B. Review of the present status of optical fiber sensors. Optical fiber technology. 2003;9(2):57‌ـ
  • Chanson H. Phase‌ـ detection measurements in free‌ـ surface turbulent shear flows. Journal of Geophysics and Engineering. 2016;13(2):S74‌ـ
  • Neal LG, Bankoff S. A high resolution resistivity probe for determination of local void properties in ga“ liquid flow. Aiche Journal. 1963;9:490‌ـ
  • Felder S, Chanson H. Air–water flow patterns of hydraulic jumps on uniform beds macroroughness. Journal of Hydraulic Engineering. 2018;144(3):04017068.
  • Pagliara S, Carnacina I, Roshni T. Air‐water flows in the presence of staggered and row boulders under macroroughness conditions. Water Resources Research. 2010;46(8).
  • Pagliara S, Roshni T, Carnacina I. Turbulence, aeration and bubble features of air‌ـ water flows in macro‌ـ and intermediate roughness conditions. Water Science and Engineering. 2011;4(2):170‌ـ
  • Pagliara S, Palermo M. Hydraulic jumps on rough and smooth beds: aggregate approach for horizontal and adverse‌ـ sloped beds. Journal of Hydraulic Research. 2015;53(2):243‌ـ
  • Felder S, Chanson H. An experimental study of air‌ـ water flows in hydraulic jumps with channel bed roughness. 2016.
  • Chanson H, Carosi G. Advanced post‌ـ processing and correlation analyses in high‌ـ velocity air–water flows. Environmental Fluid Mechanics. 2007a;7(6):495‌ـ
  • Chanson H. Momentum considerations in hydraulic jumps and bores. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 2012;138(4):382‌ـ
  • Kucukali S, Chanson H. Turbulence measurements in the bubbly flow region of hydraulic jumps. Experimental Thermal and Fluid Science. 2008;33(1):41‌ـ
  • Bahmanpouri F. Experimental study of air entrainment in hydraulic jump on pebbled rough bed. PhD thesis: Civil, Architectural and Environmental Engineering Department, The University of Napoli Federico II; 2019.
  • Chachereau Y, Chanson H. Free‌ـ surface fluctuations and turbulence in hydraulic jumps. Experimental Thermal and Fluid Science. 2011b;35(6):896‌ـ
  • Murzyn F, Mouazé D, Chaplin J. Air–water interface dynamic and free surface features in hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Research. 2007;45(5):679‌ـ
  • Carollo FG, Ferro V, Pampalone V. Hydraulic jumps on rough beds. Journal of Hydraulic Engineering. 2007;133(9):989‌ـ
  • Murzyn F, Chanson H. Experimental investigation of bubbly flow and turbulence in hydraulic jumps. Environmental Fluid Mechanics. 2009;9(2):143‌ـ
  • Chanson H. Convective transport of air bubbles in strong hydraulic jumps. International Journal of Multiphase Flow. 2010;36(10):798‌ـ
  • Crank J. The mathematics of diffusion: Oxford university press; 1979.
  • Chanson H. Air entrainment in two‌ـ dimensional turbulent shear flows with partially developed inflow conditions. International Journal of Multiphase Flow. 1995;21(6):1107‌ـ
  • Chanson H. Air bubble entrainment in free‌ـ surface turbulent shear flows: Elsevier; 1997a.
  • Chanson H. Study of air entrainment and aeration devices. Journal of Hydraulic research. 1989;27(3):301‌ـ
  • Brattberg T, Chanson H, Toombes L. Experimental investigations of free‌ـ surface aeration in the developing flow of two‌ـ dimensional water jets. 1998.
  • Murzyn F, Mouazé D, Chaplin J. Optical fibre probe measurements of bubbly flow in hydraulic jumps. International Journal of Multiphase Flow. 2005;31(1):141‌ـ
  • Chachereau Y, Chanson H. Bubbly flow measurements in hydraulic jumps with small inflow Froude numbers. International Journal of Multiphase Flow. 2011;37(6):555‌ـ
اکوهیدرولوژی
دوره 8، شماره 3
مهر 1400
صفحه 763-775

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 06 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 25 مرداد 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 01 مهر 1400
  • تاریخ انتشار: 01 مهر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار