انتخاب صفحه

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

در طراحی سد باید اصول هیدرولیک رعایت شود تا پایداری سد به خطر نیافتد. از جمله این اصول ساخت سرریزی متناسب با سد مورد نظر جهت تخلیه آب اضافی از مخزن می باشد. سرریز عبارت است از سازه ای که آب اضافی را خصوصاً در زمانهای سیلابی که جریان آب برای بدنه سد و تاسیسات وابسته خطر ایجاد می کند و ممکنست باعث خرابی آنها شود، دفع کند و به همین سبب ضرورت دارد که سرریزی جهت دفع سیلاب و محافظت از سد و تاسیسات وابسته در نظر گرفته شود.
سرریزها به انواع مختلف تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع سرریز بستگی به فاکتورهایی از قبیل: نوع سد، دبی طرح، وضعیت فونداسیون، توپوگرافی و شرایط اقتصادی طرح دارد. سرریزهایی که در بدنه خود سد وزنی بتنی ساخته می شود، از نوع سرریزهای روگذر می باشند. این نوع سرریز ممکن است همراه سدهای قوسی یا پایه دار نیز به کار برده شود. انواع دیگر سرریزها که به صورت جدا از بدنه سد طراحی می شوند عبارتند از: سرریز جانبی ، سرریز نیلوفری ، سرریز شوت و سرریز سیفونی . انواع دیگری از سرریزها نیز وجود دارند که به همراه سدهای کوچک به کار برده می شوند و قدرت دفع دبی اندکی دارند این سرریزها عبارتند از: سرریز با ورودی قائم وسرریز با ورودی جعبه ای . به طورکلی در طراحی سرریز سد، دبی طرح با دوره بازگشت معین انتخاب می شود که بستگی به اهمیت طرح دارد. سرریز باید قادر باشد دبی طرح را در موقع سیلابی به طریقی دفع کند که صدمه ای به بدنه سد وارد نگردد.[1]

1-2- انواع سرریز [2]

سازه روگذر یا سرریز را بسته به شرایط محل و خصوصیا ت هیدرولیکی به صورتهای مختلفی می توان طراحی کرد مانند:
• سرریز جلویی ( مستقیم )
• سرریز جانبی
• سرریز لاله ای

در سازه های دیگری مانند سرریز کنگره ای از سرریز مستقیم استفاده میشود که تاج آن در پلان به شکل مثلثی یا ذوزنقه های متوالی است. نوع دیگر آن، سریز روزنه ای است که در سدهای قوسی استفاده می شود.
سرریز لاله ای در سال 1930 معرفی و اقتصادی بودن آن ثابت شده است، مشروط به آنکه تونل انحراف را بتوان به عنوان مجرای افقی این سرریز استفاده کرد. سازه این سرریز شامل سه قسمت اصلی است که عبارت است از : آبگیر، مجرای عمودی با یک زانوی 90 درجه و یک تونل تقریباً افقی. به منظور جلو گیری از خسارت ناشی از کاویتاسیون، هوا از طریق مجرای هواده در محل تبدیل بین مجرای عمودی و تونل افقی تامین می شود
استفاده از سرریز جانبی در مناطقی که استفاده از سرریز مستقیم عملی نیست، مانند سدهای خاکی یا وقتی که موقیعت دیگری در کنار سد ارتباط بهتر و آسانتری را با حوضچه آرامش امکان پذیر می سازد، مناسب است.

1-1- کلیات…………………………………………………………………….. 2
1-2- انواع سرریز……………………………………………………………… 3
1-3- هدف تحقیق…………………………………………………………….. 5
1-4- اهمیت تحقیق………………………………………………………….. 7
1-5- نو آوری……………………………………………………………………. 8
1-6- گفتار های پایان نامه……………………………………………………. 8

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشتگان

در خصوص انجام این پایان نامه به دلیل جدید بودن موضوع نمی توان مطالعات قبلی انجام شده را با این طرح جدید زیاد مربوط ساخت. تنها سازه هایی که تا حدودی به این طرح شباهت دارند عبارتند از: سازه های ریزشی در دبیهای پایین و سازه های ریزشی گردابی در دبیهای بالا که در این بخش بر روی خصوصیات سازه ای و جریان ایجاد شده در سازه های ریزشی و سازه های با جریان ریزشی گردابی و روابط و تحقیقات صورت گرفته موجود، مروری خواهیم داشت.

2-2- سازه های ریزشی[4]

سازه های ریزشی در موقعیتهایی که کانال پایین دست، جهت استهلاک انرژی و ایجاد پرش هیدرولیکی به اندازه کافی عمیق نباشد مورد استفاده قرار می گیرند. جریان به جای حوضچه آرامش به یک کف برخوردی نسبتاً افقی می رسد. سازه ریزشی به نسبت از حوضچه آرامش کوتاهتر می باشد و کف آن در معرض نیروهای برخوردی قرار دارد. شکل 6 یک سازه ریزشی منشوری ساده مستطیلی شکل را نشان می دهد، که از یک آبشار ریزشی با ارتفاع w تشکیل شده است. بسته به نسبت عمق پایاب، hu به عمق بالا دست، h0،چهار گونه جریان ممکن است شکل بگیرد:
(a جت ریزشی آزاد و پایاب فوق بحرانی.
(b تشکیل پرش هیدرولیکی اگر عمق پایاب کمتر از ارتفاع آبشار w باشد.
(c جریان با جت ریزشی (فرو رونده) زمانی که عمق نسبی جریان h0/hu≥1.17 .
(d جریان با سطح نوسانی زمانی که 1< h0/hu<1.17

جریان با جت ریزشی برای استهلاک انرژی موثرتر است، زیرا طول محدودی داشته و امواج در پایاب آن وجود ندارد، هر چند جریان بازگشتی قویی در سطح آن شکل می گیرد که از نظر شدت، شبیه به غلطابه در پرش کلاسیک است. تا کنون با استفاده از آبشار، حوضچه های مختلفی ارائه شده است، مانند حوضچه هایی که توسط راند (1995)، برای سرریز نیلوفری توسط بلاسدل و دونلی (1954) و حوضچه سرریز ریزشی مستقیم یا آزاد توسط دونلی و بلاسدل (1965).
راند (1955) نوعی سازه ریزشی که در شکل 7 نشان داده شده است را توسعه داد. جریان بالا دست زیر بحرانی می باشد، جت افتان کاملاً هوادهی می شود و یکی از حالات a) آزاد یا b) غوطه ور بوسیله پایاب رخ می دهد. عدد ریزش D=(hc/w3) که در آن hc=(q2/g)1/3 ، عمق بحرانی جریان، یک پارامتر مشخصه از سازه ریزشی می باشد. برای 0.07<hc/w<1 نتایج زیر بدست آمده است که به پارامترهایی از قبیل: عمق جریان بعد از برخورد، h1، طول ناحیه برخورد، La ، عمق جریان که به عقب برگشته، ha ، و طول خط سیر Lt وابسته اند(شکل7).
مکانیزم برخورد درسازه های برخوردی [4]
سازه های برخوردی یک جت جریان افتان را دریافت می کنند و تقریباً جریان در راستای قائم را به یک جریان افقی تبدیل می کنند، و بدین وسیله اضافه انرژی را با انتشار جت، مستهلک می کنند.
شکل 8 تقریباً پلان یک جت قائم را که بر روی یک کف افقی سقوط می کند را نشان
می دهد. حتی زمانی که جریان بالا دست هوادهی نشده است، جت در زمان ورود به بالشتک آبی مقدار قابل توجهی هوا را وارد آن می کند. جریان به دلیل غیر قائم بودن جت و یا دیواره بالادست ممکن است نامتقارن باشد. به محض اینکه جت وارد حفره می شود، دو گردابه کوچک با چرخشهای مخالف شکل می گیرد. قطر آنها به اندازه عمق حفره می باشد. یک شکل کلی در شکل a-9 نشان داده شده است. در آن یک جت صاف با عرض t با یک سطح با یک زاویه بالادست δ برخورد می کند.

2-1-کلیات……………………………………………………………………… 11
2-2- سازه های ریزشی…………………………………………………….. 11
2-2-1- مکانیزم برخورد درسازه های برخوردی…………………………….. 14
2-3 -سازه های ریزشی گردابی……………………………………………. 19
2-3-1- سازه ورودی…………………………………………………………… 20
2-3-2- معادله دبی……………………………………………………………. 20
2-3-3- شفت ریزشی گردابی با تیغه های راهنما………………………… 21
2-3-3-1- جریان در شفت…………………………………………………….. 22

فصل سوم: شفت دندانه ای

با نظر به تحقیقات محققان پیشین (زیر بخشهای 2-2 و2-3 ) و با توجه به مباحث ارائه شده در زیر بخش (2-2-1) عامل اصلی استهلاک انرژی در سازه های ریزشی، برخورد جت جریان به کف سازه می باشد که بسته به نسبت عمق پایاب به عمق بالا دست چهار گونه جریان ممکن است شکل بگیرد. جریان به دلیل غیر قائم بودن جت و یا دیواره بالادست ممکن است نامتقارن باشد. به محض اینکه جت وارد حفره می شود، دو گردابه کوچک با چرخشهای مخالف شکل می گیرد، که خود این چرخابه ها نیز موجب استهلاک انرژی می شوند. در شفتهای گردابی ریزشی نیز به دلیل گرایش چسبیدن سیال به جامد ، جریان آب به دیواره شفت در تمام طول آن می چسبد و اصطکاک دیواره ها بر آن اثر می کند. بنابراین فقط بخش کوچکی از انرژی جنبشی اولیه باقی می ماند تا در سازه خروجی مستهلک بشود. حال در اینجا با استفاده از ایده ارائه شده شرایطی پیش می آید تا کلیه مولفه های مستهلک کننده انرژی که در دو سازه مذکور بیان شد به صورت یکجا بر جریان تحمیل شود تا در نهایت انرژی زیادی از جریان در طول شفت مستهلک گردد. علاوه بر این، تغییر جهت پی در پی جریان در لابلای دندانه ها نیز به ایجاد چرخابه ها و چسبیدن هر چه بیشتر جریان به جداره، که از عوامل اصلی استهلاک می باشند، کمک می کند.

3-2- ساختار سرریز شفت دندانه ای

با ترکیب فرایند هیدرولیکی سازه های ریزشی برخوردی و سازه های ریزشی گردابی، هدف دستیابی به یک فرم کاملتر ترکیبی است تا خصوصیات هر دو را در یک سازه جمع کند. که طی چیدمان خاص در کنار یکدیگر تشکیل سیستم شفت دندانه ای بدهند. به عبارت دیگر دندانه های موجود در شفت دندانه ای و فاصله موجود تا دندانه بعدی در روبروی آن نقش آبشار موجود در سازه های ریزشی برخوردی را دارند. و مسیر زیکزاکی که جریان مجبور به طی آن در میان دندانه ها می باشد، نقش دیواره مستهلک کننده در سازه های ریزشی گردابی رادارد. در نهایت جریان که کاملاً به صورت دوفازی می باشد با توجه به توان بالای استهلاک انرژی سیستم، با سرعت قابل قبولی مسیر شفت را طی می کند و از آن خارج می شود.

فلومتر الکترو مغناطیسی فلنجی مگاب 3000

فلومتر الکترو مغناطیسی فلنجی مگاب 3000

3-1- کلیات…………………………………………………………………….. 28
3-2- ساختار سرریز شفت دندانه ای………………………………………. 29

فصل چهارم: ساختار آزمایشی تحقیق

در زمینه سازه های هیدرولیکی با توجه به پیچیدگی های زیاد جریانهای هیدرولیکی، بخصوص جریانهای روباز، مرسوم ترین فرم مدلسازی، مدلهای فیزیکی می باشند که در آزمایشگاهها انجام می شوند. امروزه علی رغم اینکه مدلهای ریاضی عددی با تکیه به قدرت کامپوتر ها پیشرفت شایان ذکری را داشته اند ولی در تفسیر جریانهای پیچیده و چند فازی که از آشفتگی زیادی برخوردارند، با کمبود مواجه می شوند. لذا در چنین مواردی مدلسازی فیزیکی هنوز حرف اول را می زند. تحقیق حاضر نیز از جمله مواردی است که در آن یک جریان دو فازی با پیچیدگی ها و آشفتگی های زیادی وجود دارد.
مدل فیزیکی یک سازه، سازه ای است کوچک شده تحت شبیه سازی هندسی، سینماتیکی (جنبشی) و دینامیکی (نیرویی) از سازه اصلی، که در زمینه هیدرولیک جهت تفسیر رفتار متقابل سازه و جریان و تفسیر هیدرودینامیکی آن ساخته می شود. حال هر چه بتوان این اصول سه گانه را بیشتر رعایت کرد، نتایج قابل اطمینان تری حاصل خواهد شد. ولی متاسفانه با کوچکتر شدن مدل نسبت به نمونه واقعی از لحاظ اصول شبیه سازی بعضی از پارامترهای تشابه، با یکدیگر تعارض پیدا می کنند، که در اینجا باید بر اساس اهمیت و غالب بودن نیروهای متناظر، پارامتر نیرویی شبیه سازی را برگزید و از بقیه صرفنظر کرد.
هدف اصلی از مدلسازی آزمایشگاهی حاضر، بررسی میزان استهلاک انرژی جریان عبوری از سازه شفت دندانه ای تحت الگوها ی مختلف و دبیهای متفاوت می باشد تا در نهایت از مقایسه نتایج حاصله بتوان به الگوی بهینه برای این فرم جدید سرریز، دست یافت.

4-2- سیمای مجموعه آزمایشگاهی

در راستای مطالعه آزمایشگاهی و ساخت مدل فیزیکی با حاکم قرار دادن عدد فرود در مدل هیدرولیکی به تبع حاکم بودن نیروی ثقل در ریزش جریان از روی دندانه ای بر دندانه بعدی، یک مجموعه آزمایشگاهی که از شفت قائم و کانال خروجی جهت انجام آزمایش در دبیهای مختلف و شیبهای متفاوت در هندسه های مختلف، تشکیل شده است، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شیراز تهیه گردید.
شکل (4-1) سیمای شماتیک سیستم آزمایشگاهی شفت و کانال سرریز به ترتیب شامل:
1- مخزن آرامش جریان در بالادست (فلزی) به همراه پیزومتر
2- کانال ورودی سرریز از جنس شیشه و فریم فلزی به عرض 30 سانتی متر و عمق 30 سانتی متر
3- کانال قائم سرریز به عرض 30 سانتی متر و طولهای متغیر 45، 55، و 65 سانتی متر و ارتفاع 350 سانتی متر همراه با دندانه های لازم به ابعاد مختلف، (ترکیب شیشه و فلز)
4- چرخ آبی دوار با 16 پره از جنس پلکسی گلاس به قطر 35 سانتی متر و عرض 25 سانتی متر
5- کانال پایاب به طول 4 متر و عرض 30 سانتی متر و عمق 30 سانتی متر با جداره های شیشه ای و فریم فلزی
6- دستگاه سنجش دبی الکترو مغناطیسی مگاب 3000 با دقت 02/0 لیتر بر ثانیه
7- گیج اندازه گیری عمق در کانال خروجی
8- الکترو موتور سه فاز با قدرت 15 اسب بخار و 1500 دور بر دقیقه، گرداننده پمپ
9- پمپ سانتریفیوژ با قدرت حداکثر 100 لیتر بر ثانیه در ارتفاع 10 متر
10- شیر کنترل کشویی به قطر 5/12 سانتی متر بر روی لوله ورودی به مخزن آرامش
11- شیر برگردان به قطر 5 سانتی متر جهت برگرداندن اضافی جریان به حوضچه در دبیهای کم
12- لوله مکش پمپ به همراه سوپاپ
13- مخزن پایین دست
14- لوله هدایت جریان از پمپ به فلومت و مخزن آرامش به قطر 10 سانتی متر
15- چهار پایه نگهدارنده مخزن آرامش در بالا دست می شوند را نشان می دهد.
شفت قائم سرریز با تعبیه یک سیستم کشویی در فریم فلزی و اصلی آن در راستای جریان قابل تغییر از نظر طول می باشد که می تواند بین 45 تا 65 سانتی متر تغییر کند. همچنین دندانه های موجود در شفت قائم نیز قابل تعویض و جابجایی در راستای قائم و نصب در هر نقطه دلخواه آن می باشند. شکلهای 4-2 الی 4-4 نقشه پلان و نما و مقاطع مختلف سیستم آزمایشگاهی سرریز را نشان می دهند. همچنین شکلهای 4-5 الی 4-12 تصاویر مختلف از این مجموعه را نشان می دهند.

تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از جلو و راست

تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از جلو و راست

4-1- کلیات……………………………………………………………………… 31
4-2- سیمای مجموعه آزمایشگاهی………………………………………… 32
4-3- تجهیزات اندازه گیری…………………………………………………….. 36
4-3-1 فلومتر الکترو مغناطیسی فلنجی مگاب 3000 ……………………….36
4-3-2- دور سنج لیزری………………………………………………………… 37
4-3-3- چرخ آبی مدور………………………………………………………….. 37
4-3-4- پیزومتر مخزن آرامش در بالا دست شفت سرریز…………………… 38
4-3-5- دور سنجی چرخ آبی در ابتدای خروجی شفت…………………….. 38
4-4- مدلهای هیدرولیکی……………………………………………………….. 39
4-5- آنالیز ابعادی و تعیین پارامترهای موثر……………………………………. 53
4-6- روش چرخ آبی مدور و کالیبراسیون آن به منظور ارزیابی جریان دوفازی. 56
4-7- سرعت دورانی چرخ آبی و ارتباط آن با استهلاک انرژی……………….. 58
4-8- محاسبه انرژی با قیمانده جریان در خروجی سرریز و میزان استهلاک
انرژی در هر مدل………………………………………………………………….. 68
4-10- زمان تحقیق………………………………………………………………… 70

فصل پنجم: تجزیه و تحلیل نتایج

5-1- کلیات…………………………………………………………………………. 72
5-2- ارزیابی میزان استهلاک انرژی شفت دندانه ای و بررسی کارایی آن… 73
5-2-1- بررسی و مقایسه مدلها از نظر هیدرولیکی…………………………… 99
5-3- نتایج حاصل از مقایسه مدلهای مختلف با یکدیگر جهت ارائه
طرح بهینه…………………………………………………………………………. 102
5-4-پوشهای جریان در مدلهای مختلف……………………………………….. 104

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………… 119
6-2- پیشنهادات…………………………………………………………………… 120

فهرست منابع و مأخذ ……………………………………………………………..121

 

Abstract

Energy dissipation is of the particular significance in design and implementation of spillways. In this regard, a considerable number of designs have been investigated to reliably develop the efficiency of energy dissipation. Depending on the type of spillways the dissipation is likely to be occrued at the ending stages of spillway such as the stilling basin or chute. Also, the dissipation may take place along the spillway for example stepped spillways that makes it possible to decrease or even eliminate the stilling basin. On this basis, in this study a novel spillway design has been proposed with dissipation level of 90% occruing along the spillway.
The geometrical shape of proposed design comes up in a rectangular vertical shaft having two major sides which are opposed to each other (both sides are paralyzed with dam axis); moreover, the design is equipped some dendated shape steps located at particular distances. This characteristic causes the water flow fall down in a regular zigzag form. Moving down the vertical path, the flow gets dual phased, completely chaotic, free bubbled and eventually exits the ending gate. This particular geometric shape urges to name the proposed design as “dendated shaft spillway”.
The proposed method is conducted in terms of experimental examination in which the effect of different dimensions of the vertical shaft, dendate size as well as the distance between the dendates has been examined totally in 28 different cases including the design without any dendates. For all different models the width and height of the vertical shaft as supposed to be fixed at 3.5 and 0.3 meter, respectively. Altogether, 224 case of experiment has been evaluated; eight various discharge of 5 , 10, 15, 20, 25, 20, 25, 30, 35, and 40 lit/sec for each of the 28 designs. The experimental results revealed the satisfactory dissipation in excess of 90% along the proposed spillway.



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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان