انتخاب صفحه

مقدمه

مدلهای فیزیکی ابزاری برای پیش بینی عملکرد سازه های بزرگ آبی،یافتن ناهنجاری های هیدرولیکی احتمالی قبل از احداث طرح وبهینه سازی آن میباشند.درطرح های بزرگ آبی مانند تاسیسات هیدرولیکی سدهای بزرگ،احتمال بروز مخاطرات درهنگام بهره برداری بسیار زیاد خواهد بود.این معضلات به دلیل ناشناخته ها وپیچیدگی های موجود در رفتار جریان آب وجوان بودن شاخه مهندسی آب بوجود می آید.علاوه برآن ذکر این نکته حائز اهمیت است که اکثر روابط ومعیارهای موجود طراحی دراین رشته،نظیر پیشنهادات USBR،براساسی تجربیات وآزمایش مدلهای فیزیکی اکتساب شده ودرکاربرد آنها توجه به شرایط ومفروضات اولیه این روابط ضروری است.ازسوی دیگر اغلب اوقات محققان،با هدف تعریف وتشخیص الگوی جریان آب درسازه های آبی وتبدیل پدیده های کیفی به کمیت های عددی،روابط راساده سازی مینمایند.واز همین روابط درطرح ومحاسبه سازه های آبی استفاده میشود.دراین مرحله تجربیات مشابه،قضاوت ودانش مهندسی نیز به عنوان ابزاری توسط طراحان به کارگرفته میشود.بااین وجود تجربه ثابت کرده است که علیرغم رعایت کلیه اصول مهندسی درطراحی،ساخت ومطالعه مدلهای فیزیکی نقش مهم واساسی دربهینه سازی وحصول اطمینان ازعملکرد سازه های آبی دارد.

فهرست مطالب

چکیده   12

مقدمه        13

فصل اول:کلیات

1-1-مقدمه

تحلیلی های ریاضی به همراه تجربیات موجود قادر به ارائه اطلاعات کافی برای تضمین عملکرد صحیح یک سازه هیدرولیکی برخرج نخواهد بود.مطالعات مدل فیزیکی رامیتوان به منظور کسب اطلاعات بیشتر از رفتار سازه در محل به کار برد.تحت شرایط صحیح مشاهده ونتایج حاصل از مدل فیزیکی قابل تعمیم به نمونه اصلی خواهد بود.استفاده از مدل فیزیکی مقیاسی به واسطه امکان شبیه سازی به بعدی هندسه محیط مورد مطالعه،مشاهده واندازه گیری مستقیم متغیرهای جریان نظیثر عمق،سرعت وفشار بسیار مناسب بوده وامکان بهینه سازی واصلاح موضعی طرح مورد نظر را درزمان نسبتا کوتاهی فراهم میکند.ازسوی دیگر یکی ازروشهای کاهش هزینه های احداث حوضچه آرامش پرش هیدرولیکی،تغییر شکل مقطع وپلان حوضچه درجهت هماهنگی بامقاطع بالادست وپایین دست و یاافزایش عمق پایاب میباشد.ازطرفی هرگونه تغییر درهندسه حوضچه باعث تغییر درشرایط ایجاد پرش وخصوصیات هیدرولیکی آن گردیده وعملکرد پرش در حوضچه راتغییر میدهد ومطالعه روی مدل فیزیکی راضروری می سازد.همانگونه که اشاره شد به دلیل گستردگی کاربرد حوضچه های مستطیلی تحقیقات زیادی درمورد اینگونه مقاطع صورت گرفته است.ولی درمورد انواع دیگر حوضچه ها که استفاده از آنها دربعضی موارد الزامی ویامقرون به صرفه است اطلاعات کمی موجود میباشد.بنابراین درتحقیق حاضر با انجام آزمایشاتی روی مدل فیزیکی سدنازلوچای درمرحله اول تاثیر تغییر ارتفاع بلوک های تنداب وتغییر طرح آبپایه انتهایی ودرمرحله دوم تاثیر همگرایی دیوراه ها برمشخصه های هیدرولیکی پرش،ایجاد حالت پرش مستغرق،شرایط پایاب واستهلاک انرژی مورد بررسی قرارگرفته ودرنهایت گزینه مناسب پیشنهاد گردیده است.

1-1-هدف    15

1-1-2-قوانین طحر مدلهای هیدرولیکی   16

1-1-3-پدیده های ویژه هیدرولیکی درطرح های بزرگ آبی   20

1-2-پیشینه تحقیق 25

1-3-روش کار وتحقیق 27

آبراهه انتهایی

آبراهه انتهایی

فصل دوم:مروری برتحقیقات انجام شده

2-4-مشخصه های آشفتگی درپرش

مطالعه مکانیزم آشفتگی درپرش هیدرولیکی برای تعیین نیروهای تخریب کننده مانند نیروی بالا برنده ،ارتعاش،حفره زایی وسایر نیروهای هیدرودینامیک اهمیت دارد.مطالعه آزمایشگاهی روی این موضوع احتمالا توسط Rouse et al آغاز شد وبوسیله Hinze,Rajaratnam,Schroder وسایرین ادامه یافت.این مطالعات عمدتا درمورد بسترهای باکف افقی انجام شده است.معمولی ترین پارامترهای به کاررفته دربررسی آشفتگی،نوسانات سرعت،فشار ونیرواست.

2-1-طبقه بندی پرش   31

2-2-طول پرش 34

2-3-عمق مزدوج وافت انرژی   36

2-4-مشخصه های آشفتگی درپرش 38

2-5-هوادهی پرش هیدرولیکی 44

2-6-حوضچه آرامش 48

2-6-1-حوضچه یاکف افقی 48

2-6-2-حوضچه باکف شیبدار 53

تمرکز هوا در پرش هیدرولیکی

تمرکز هوا در پرش هیدرولیکی

فصل سوم:مدلسازی وشرایط انجام آزمایش

3-4-1-مقیاس مدل

همانطور که اشاره شد درمجاری آزاد نظیر سرریزها ازقانون تشابه فرود،بالحاظ نمودن شرایطی به منظور شبیه سازی پارامترهای مختلف هیدرولیکی استفاده میشود.درمدل هیدرولیکی سد نازلوچای نیزاز این روند پیروی شده است.دراین شرایط،اجتناب ازاعمال نیروهای ناخواسته نظیراصطکاک و کشش سطحی درسرریز وبه حداقل رساندن خطاهای مقیاسی،انتخاب مقیاس حداقلی راکه نتایج مدل درآن،قابل تعمیم به نمونه اصلی باشد،امکان پذیر می سازد.برای انتخاب این مقیاس لحاظ نمودن شرایط زیر ضروری است.

– حداقل عمق آب برای اجتناب ازاثرکشش سطح وموئینگی درمدل 2 سانتی متر وحداقل ارتفاع آب روی سرریز 5 سانتیم تر درنظرگرفته میشود

– جریان درمدل باید کاملا آشفته باشد.

بادرنظرگرفتن شرایط ذکر شده،مقایدر عمق آب ودبی روی سرریز درنمونه واقعی ومدل برای پنج مقیاس محاسبه شد که درجدول 3-1 ارائه شده است.باتوجه به جدول 3-1 مقایس 40: 1 برای مدل مناسب بوده وانتخاب شده است(در مقیاس 45: 1 عمق دردبی طرح فقط کمی بیش از 5 سانتی متر است(که در محدودیت کشش سطحی به آن اشاره شد)و برای دبی های کمتر از آن ازحالت بحراین گذر میکند.بنابراین حداقل مقیاس ممکن40: 1 میباشد)

3-1-آنالیز ابعادی 57

3-2-مدلسازی 59

3-3-شبیه سازی فشار دینامیکی 63

3-4-مدل فیزیکی سیستم تخلیه سیلاب نازلوچای 65

3-4-1-مقیاس مدل 65

3-4-2-اجزاء مدل 66

3-4-3-مقاطع اندازه گیری 72

3-4-4-دبی آزمایش 72

3-4-5-منحنی آبگذری سرریز 73

3-4-6-وسایل اندازه گیری    74

سری زمانی نوسانات فشار

سری زمانی نوسانات فشار

فصل چهارم:نحوه انجام آزمایشات وارائه نتایج

انجام آزمایشات

همانگونه که اشاره شد حوضچه آرامش طر احی شده درسد نازلوچای تیپ USBR II بوده است.محدوده عدد فرود برای طرح این حوضچه براساس استاندارد رایج برابر  میباشد.همچنین این تیپ حوضچه برای سرریزهای تاارتفاع 61 متر ودبی 46 مترمکعب برثانیه درواحد عرض حوضچه توصیه شده است.دراین حالت توزیع سرعت وعمق ورودی تقریبا یکنواخت بوده وبر ای ارتفاع یا دبی بیشتر مطالعه  روی مدل پیشنهاد شده است.درسد نازلوچای ارتفاع سرریز حدود 90 متر بوده وحداکثر دبی عبوری 56 متر مکعب برثانیه درواحد عرض است(عرض خالص سرریز برابر 40 متر).بنابراین برای اطمینان از عملکرد حوضچه آرامش طرح شده،مطالعه روی مدل ضروری بوده است.

4-1-مرحله اول-دیواره موازی  82

4-2-مرحله دوم-دواره همگرا 86

نمایی از دریچه متحرک انتهایی

نمایی از دریچه متحرک انتهایی

نمایی از دریچه متحرک انتهایی

فصل پنجم:تحلیل نتایج

5-1-1-عمق آب درطول حوضچه

همانطور که اشاره شد درطرح اولیه به دلیل تامین نشدن عمق پایاب برای دبی بیشتراز دبی طرح پرش هیدرولیکی ازحوضچه خارج خواهد شد.درنمودار 5-3 الف وب،تغییرات عمق در حوضچه آرامش تامقطع Q  برای هر دوحالت مشاهده میدشود.بامقایسه دونمودار ملاحظه میگردد که نصب سطح پلکانی به جای شیب معکوس درپایاب حوضچه اثر بسیار مثبتی درافزایش عمق پایاب داشته است.مثلا در دبی 224 لیتر برثانیه عمق ازحداکثر 30 سانتیمتر درحالت اول به حدود 5/67 سانتیمتر درحالت دوم رسیده است.

5-1-مرحله اول-دیواره موازی   103

5-1-1-عمق آب 106

5-1-2-عدد فرود 106

5-1-3-فشار استاتیکی   107

5-1-4-راندمان پرش 108

5-2-مرحله دوم-دیواره همگرا 111

5-2-1-فشار استاتیکی  111

5-2-2-عمق آب 113

5-2-3-عمق آب 113

5-2-4-سرعت  116

5-2-5-فشار دینامیکی 116

5-2-6-تحلیل همبستگی داده ها   125

5-2-7-شکل گیری پرش هیدرولیکی 127

5-2-8-لایه آشفته  127

5-2-9-شرایط برگشت جریان از دیواره ها   132

نمودار نوسانات سرعت

نمودار نوسانات سرعت

فصل ششم:نتیجه گیری وپیشنهادات

پیشنهادات

1-باتوجه به آنکه دربررسی مجموع عوامل اندازه گیری شده موثر دراستهلاک انرژِ درحوضچه آرامش،گزینه دیواره باهمگرایی 5 درجه بهترین گزینه شناخته شده سات.به نظر میرسد که انجام آزمایشاتی روی زوایای کمتر(بین 0و5 درجه) مشابه آنچه دراین گزارش آمده است وبرسی راندمان استهلاک انرژی درآن زوایا به نتایج قابل توجهی منجر گردد.

2- دراین گزارش تاثیر نیروی حاصل از برخورد جریان بادیواره های همگرا شده به طور مستقیم مد نظر قرارنگرفته ودخالت غیرمستقیم آن برتغییرات عمق،سرعت فشار درکف و… مورد برسی قرار گرفته است.انجام آزمایشاتی ریو دیواره ها باتعبیه سنسورهای فشار ویاترانسدیوسرهای اندازه گیری نیرو،میتواند موضوع تحقیقات آتی قراربگیرد.

3-همانگوه که اشاره شد یکی ازمشکلات طرح بادیواره موازی خروج جریان ازحوضچه باسرعت زیاد دربی های بالااست.باهمگرا نمودن دیواره ها عمق جریان درمقطع خروجی افزایش یافته وسرعت کم میشود.برسی اثر این تغییر بر مقداروالگوی آبشستگی درپایین دست میتواند درتحقیقات بعدی مدنظر قرارگیرد.

4-دراین تحقیق اثرورود هوا براستهلاک ارنژی درپرش هیدرولیکی به دلیل محدودیت مقیاس،لحاظ نشده است.با آزمایش روی مدلهای بزرگ مقیاس تردرکارهای پیش رو،میتوان تاثیر این مشخصه رانیز براستهلاک انرژی مورد بررسی قرارداد.

6-1-نتیجه گیری 135

6-2-پیشنهادات 137

پیوست  139

منابع وماخذ  140

فهرست منابع فارسی 152

فهرست منابع لاتین 153

فهرست جدول

2-1-تغییرات طول پرش باتغییر عدد فرود 35

3-1-مقدار عمق ودبی روی سرریز برای مقیاسهای مختلف   66

3-2-مقاطع اندازه گیری درحوضچه آرامش 72

3-3-موقعیت پیزومترها درحوضچه آرامش    73

3-4-دبی های آزمایش   73

4-1-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیری شده(طرح اولیه)    91

4-2-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیر ی شده(طرح نهایی)      92

4-3-مقدار فشار استاتیکی اندازه گیری شده(طرح اولیه)    93

4-4-مقدار فشار استاتیکی اندازه گیری شده (طرح نهایی)     93

4-5-مقدار فشار دینامیکی اندازه گیری شده(طرح نهایی)        93

4-6-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیری شده (همگرایی 5 درجه)     94

4-7-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیری شده   95

4-8-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیری شده  96

4-9-مقادیر عمق آب وسرعت درمقاطع اندازه گیری شده    97

4-10-مقادیر فشار استایکی ودینامیکی درمقاطع اندازه گیری شده      98

4-11-مقادیر فشار استاتیکی ودینامیکی درمقاطع اندازه گیری شده    99

4-12-مقادیر فشار استاتیکی ودینامیکی درمقاطع اندازه گیری شده     100

4-13-مقادیر فشار استاتیکی ودینامیکی درمقاطع اندازه گیری شده     101

4-14-خلاصه شرایط آزمایشات انجام شده 89

5-1-راندمان پرش هیدرولیکی       109

5-2-راندمان پرش هیدرولیکی درشرایط متفاوت دیواره ها        124

فهرست نمودارها

5-1-تغییرعدد فرود درطول حوضچه آرامش        104

5-2-تغییرات فشار استاتیکی درطول حوضچه باتغییر دبی 105

5-3-تغییرات عمق درحوضچه آرامش بادیواره موازی 107

5-4-تغییرعدد فرود درطول حوضچه آرامش    108

5-5-تغییرات فشار استاتیکی درطول حوضچه باتغییر دبی 108

5-6-تغییرات سرعت درطول حوضچه آرامش  110

5-7-تغییرات فشار استاتیکی درطول حوضچه در دبی 30 لیتر برثانیه باتیغیر شرایط دیواره ها    112

5-8-تغییرات فشار استاتیکی درطول حوضچه در دبی 49 لیتر برثانیه باتغییر شرایط دیواره ها    112

5-9-تغییرات فشار استاتیکی درطول حوضچه در دبی 82 لیتر برثانیه ها با تغییر شرایط دیواره ها       112

5-10-تغییرات عمق درطول حوضچه آرامش باتیغیر دبی درزاویه همگرایی 5 درجه  114

5-11-تغییرات عمق درطول حوضچه آرامش باتغییر دبی درزاویه همگرایی 5/7 درجه   114

5-12-تغییرات عمق در طول حوضچه آرامش باتغییر دبی در زاویه همگرایی 10 درجه   114

5-13-تغییرات عمق درطول حوضچه آرامش باتغییر دبی درزاویه همگرایی 5/12 درجه 114

5-14-تاثیر زاویه همگرایی برروند تغییرات سطح آب درمقاطع مختلف در دبی 82لیتر برثانیه   115

5-15-پروفیل سطح آب درحالت موازی در دبی 82لیتر برثانیه 115

5-16-پروفیل سطح آب در زوایای مختلف همگرایی در دبی 82 لیتر برثانیه    115

5-17-مقدار محاسبه شده از رابطه Blanger ومشاهداتی     116

5-18-تاثیر همگرایی برروند تغییرات سرعت درمقاطع مختلف در دبی 82لیتر برثانیه   117

5-19-مقایسه نوسانات فشارهای دینامیکی واستاتیکی درزاویه 5/7 درجه باتغییر دبی  118

5-20-تغییرات ضریب بی بعد نوسانات فشار درشرایط مختلف در دبی 30 لیتر برثانیه 120

5-21-تغییرات ضریب بی بعد نوسانات فشار در شرایط مختلف در دبی 49 لیتر برثانیه 120

5-22-تغییرات ضریب بی بعد نوسانات فشار درشرایط مختلف در دبی 82لیتر برثانیه  120

5-23-مقایسه Cp محاسبه شده درزاویه همگرایی5 درجه باتغییر دبی 122

5-24-مقایسه Cp محاسبه شده درزاویه همگرایی 5/7 درجه با تغییردبی 122

5-25- مقایسه Cp محاسبه شده درزاویه همگرایی10 درجه باتغییر دبی 122

5-26- مقایسه Cp محاسبه شده درزاویه همگرایی5/12 درجه باتغییر دبی  122

5-27-راندمان استهلاک انرژی درحوضچه آرامش درشرایط مختلف برای سه دبی آزمایش    124

5-28-مقادیر محاسبه شده وتجربی  126

5-29-روند تغییرات   126

5-30-زاویه مرز تقسیم بابستر حوضچه درشرایط متفاوت دیواره  128

فهرست اشکال

2-1-طبقه بندی اول پرش 31

2-2-طبقه بندی دوم پرش 33

2-3-طبقه بندی سوم پرش  34

2-4-نمودار USBR برای تعیین طول پرش 36

2-5-نمودار درصد افت انرژی 38

2-6-نمودار نوسانات سرعت 39

2-7-سری زمانی نوسانات فشار 40

2-8-پرش هیدرولیکی روی پله منفی 44

2-9-تمرکز هوا درپرش هیدرولیکی 47

2-10-حوضچه های استاندارد تیپ USBRا       49

2-11-اندازه سنگچین برای محافظت در حوضچه   50

2-12-حوضچه آرامش برای اعداد فرودکم 51

2-13-حوضچه آرامش برای اعداد فرود کم  52

2-14-حوضچه آرامش برای اعداد فرود کم 52

3-1-نمای کلی مدل فیزیکی     66

3-2-نمایی از کانال ورودی ودیوارهادی 67

3-3-نمای سرریز وپایه میانی آن  68

3-4-تنداب همگرا 68

3-5-نمایی از حوضچه آرامش 69

3-6-آبراهه انتهایی 69

3-7-نمایی از دریچه متحرک انتهایی 70

3-8-مقطع مدل فیزیکی 71

3-9-موقعیت مقاطع درحوضچه آرامش 72

3-10-منحنی آبگذری سرریز 74

3-11-نمایی از لمیتیمتر مورد استفاده برای اندازه گیری رقوم سطح جریان   75

3-12-نمایی از میکرومولیته 76

3-13-نمایی از صفحه مانومتر اندازه گیری فشاراستاتیکی 77

3-14-نمایی از کامپیوتر درحال ثبت نوسانات فشار ومحل نصب سنسورهای فشار 80

4-1-طرح اولیه حوضچه آرامش(نمای بالا وکتار)  83

4-2-طرح نهایی حوضچه آرامش بادیواره های موازی 86

4-3-نمایی از حوضچه آرامش در زاویه همگرایی 10 درجه   87

4-4-نوسانات ثبت شده در دبی 500 مترمکعب برثانیه وزاویه همگرایی 5 درجه 88

5-1-رفتار جریان درحوضچه آرامش 104

5-2-رفتار جریان درحوضچه آرامش 104

5-3-شرایط جریان درحوضچه در دبی 119 لیتر برثانیه 109

5-4-پرش نوع B وموقعیت آن درپنجه سرریز 123

5-5-شرایط جریان درحوضچه در دبی 178 لیتر برثانیه   127

5-6-مرز تقسیم جریان در دبی 30 لیتر برثانیه درزوایای مختلف   129

5-7- مرز تقسیم جریان در دبی 49 لیتر برثانیه درزوایای مختلف   130

5-8- مرز تقسیم جریان در دبی 82 لیتر برثانیه درزوایای مختلف   131

5-9-برگشت جریان ازدیواره های درزاویه 5 درجه برای دبی های متفاوت 133

5-10-برگشت جریان از دیواره های در دبی 49 لیتر برثانیه درزوایای مختلف       134


ABSTRUCT

Energy dissipation downstream of a large dams is a serious concern.The passage of water from a dam spillway crest into downstream reach involves a whole number of hydraulic phenomena, such as the overfall with the transition from subcritical into supercritical flow, the flow over the spillway , the hydraulic jump and transition of hydraulic jump to normal level of

river, which are referred to as the hydraulic connection of the upstream and  downstream reservior of a hydraulic structure.So design of this connection is more important. Stilling basins are one of the choices for this structure.

Although stilling basins are currently widely used for dissipation of energy  but standard information such as from USBR is not sufficient for all conditions, especially for large dams .By construction of physical models we can optimize the length, dimensions, location of baffle piers and chute blocks in stilling basin and degree of protection needed for tail water in different flood passages and then select the optimized arrangement of these elements in design. In this research to reach the goal of stabilize the hydraulic jump in stilling basin for discharges greater than project flood, at first we study the effect of transformation of blocks and end sill and then the convergence of walls in 5,7.5,10 , 12.5 degrees on energy dissipation, jump location and tailwater conditions.According to results application of three steps instead of end sill blocks at the end of stilling basin was not successful on stabilize the hydraulic jump in the basin specailly in large discharges.But in the case of converged walls in all degrees the submerged hydraulic jump formed. Also convergance has positive effect on energy dissipation and efficiency of hydraulic jump and 5 degree of convergance has the best operation.


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf وسفارش word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید