نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بررسی آزمایشگاهی پرش هیدرولیکی در مقاطع مرکب مستقیم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مهدی مفتاح هلقی 1
مهرزاد برزگر کلیجی 1
اسماعیل کردی 2
عبدالرضا ظهیری 3
1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2 موسسه آموزش عالی میرداماد
3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
10.22125/iwe.2022.343462.1631
چکیده
با توجه به منابع محدود در زمینه پرش هیدرولیکی در مقاطع مرکب این تحقیق آزمایشگاهی با بوجود آوردن یک پرش پایدار و متقارن به اجرا در آمد.

آزمایش‌ها در یک کانال آزمایشگاهی به طول 10 متر، عرض 1 متر و ارتفاع 8/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان صورت گرفت که 6 متر از طول کل کانال بصورت کانال مرکب تغییر شکل داده شده است. همچنین عمق و عرض مقطع اصلی و دشت‌های سیلابی کانال مرکب قابل تنظیم می‌باشد. در این پژوهش دو عامل از عوامل مهم تاثیرگذار یعنی عرض نسبی و عدد فرود اولیه جریان مورد مطالعه قرار گرفت. جهت بررسی تاثیرگذاری عرض نسبی از 3 عرض نسبی متفاوت و جهت بررسی تاثیرگذاری عدد فرود اولیه جریان از 3 عدد فرود اولیه جریان متفاوت بصورت همزمان استفاده شد که بدین ترتیب 9 سری آزمایش صورت پذیرفت. در هر سری آزمایش در یک دبی جریان ثابت با تغییر اندازه بازشدگی دریچه بالادست، عدد فرود اولیه جریان مورد نظر جهت ایجاد پرش هیدرولیکی تولید شد.

در این تحقیق با استفاده از اندازه‌گیری سرعت نقطه‌ای، عمق جریان و دبی جریان، مشخصات فیزیکی پرش هیدرولیکی نظیر اعماق مزدوج و طول پرش هیدرولیکی و مقدار افت انرژی به کمیت در آورده شود. نتایج حاکی از آنست که مشخصه‌های فیزیکی و هیدرولیکی پرش‌ مشاهده شده با نوع کلاسیک آن تفاوت داشته و استفاده از معادلات پرش کلاسیک منجر به رخ دادن خطا می‌شود.
کلیدواژه‌ها
پرش هیدرولیکی
جریان متغیر سریع
عدد فرود اولیه
عرض نسبی
کانال مرکب
موضوعات

عنوان مقاله English

Laboratory investigation of hydraulic jump in straight compound sections

نویسندگان English

Mahdi Meftah Halaghi 1
mehrzad barzegar kaliji 1
Esmaeil Kordi 2
Abdolreza Zahiri 3
1 gorgan university of agricultural science and natural resources
2 Mirdamad Institute of Higher Education
3 Water Engineering Dep, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
چکیده English

Due to limited resources in the field of hydraulic jump in compound channel, this laboratory research was performed by creating a stable and symmetrical jump.

The study was implemented on an experimental channel with a length of 10 m, a width of 1 m, and a height of 0.8 m in the Hydraulics Lab at the Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. 6 meters of the total length of the channel has been transformed into a composite channel. Also, the main cross-section and floodplains had adjustable depths and widths. The present study examined the effects of the relative width and initial Froude number. Three relative widths and three initial Froude numbers were studied in a total of nine tests. In each test, the initial Froude number was set to induce a hydraulic jump by changing the opening of the upstream opening height at a given flow rate.

The present work experimentally induced hydraulic jumps in compound open channels and quantified the physical properties of hydraulic jumps (e.g., conjugate depths and hydraulic jump length) by point velocity, flow rate, and flow velocity measurements. The results indicate that the physical and hydraulic characteristics of the observed jump are different from the classical type and the use of classical jump equations leads to error.

کلیدواژه‌ها English

Compound Channel
Hydraulic Jump
Initial Froude Number
Rapidly Varied Flow
Relative Width
Ackers, P. 1991. Hydraulic design of straight compound channels. Hydraulics Research, Wallingford.
Bélanger, J, B. 1828. “Essai sur la solution numérique de quelques problèmes relatifs au mouvement permanent des eaux courantes [Essay on the numerical solution of some problems relative to steady flow of water].” Carilian-Goeury, Paris (in French).
Benabdesselam, A., Achour, B., Houichi, I. 2017. Hydraulic jumps in a straight rectangular compound channel theoretical approach and experimental study. Larhyss Journal. 29:323-340.
Benabdesselam, A., Houichi, L., Achour, B. 2021. GRNN-based models for hydraulic jumps in a straight rectangular compound channel. Modeling Earth Systems and Environment, 1-12.
Bernard, J., Fripp, J, F., Robinson, K, R. 2007. Part 654 Stream Restoration Design National Engineering Handbook (210–VH-NEH). USDA Natural Resources Conservation Service, Washington, DC.
Blalock M. E., Sturm T. W. 1983. Closure of minimum specific energy in compound channel. Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 1983, 109, 483-486.
Bousmar, D., Zech, Y. 1999. Momentum transfer for practical flow computation in compound channels. Journal of Hydraulic Engineering. 125:696-706.
Chanson, H. 2004. The hydraulics of open channel flow: An introduction, 2nd Ed., Butterworth-Heinemann, Oxford.
Chaudhry, M, H., Bhallamudi, S, M. 1988. Computation of critical depth in symmetrical compound channels. Journal of Hydraulic Research, 1988, 26, No.4, 377-396.
Chow, V.T. 1959. Open channel hydraulics. McGraw-Hill, New York.
French, R.H. 1985. Open-channel hydraulics. McGraw-Hill, New York.
Hey, R, D. 1996. Environmentally sensitive river engineering. River restoration, 80-105.
Knight, D.W., Patel. H.S. 1985. Boundary shear in smooth rectangular ducts. Journal of Hydraulic Engineering. 111:29-47.
Kordi, E. 2005. Calculation of critical depth in open compound. Master Thesis in Water Structures, Mazandaran University. (in Persian)
Kordi, E., Abustan, I. 2011. Estimating the overbank flow discharge using slope-area method. Journal of Hydrologic Engineering. 16:907-913.
Kordi, E., Abustan, I. 2012. Transitional Expanding Hydraulic Jump. Journal of Hydraulic Engineering. 138:105-110.
Kordi, E., Ayyoubzadeh, S.A., Ahmadi, M.Z., Zahiri, A. 2009. Prediction of the lateral flow regime and critical depth in compound open channels. Canadian Journal of Civil Engineering. 36:1-13.
Lee, P, J., Lambert, M, F., Simpson, A, R. 2002. Critical depth prediction in straight compound channels. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water and Maritime Engineering (Vol. 154, No. 4, pp. 317-332). Thomas Telford Ltd.
Parsamehr, P., Hosseinzadeh Dalir, A., Farsadizadeh, D., Abbaspour, A. 2012. Hydraulic jump on a bed with half cylindrical shape bars. Journal of Water and Soil. 26:3.775-785. (In Persian)
Perkins, H.J. 1979. The formation of streamwise vorticity in turbulent Flow. Journal of Fluid Mechanics. 44:4.721-740.
Peterka, A.J. 1983. Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators. Engineering Monograph NO. 25. United States Department of the Interior. Bureau of Reclamation, Denver.
Samuels, P.G. 1989. The hydraulics of two stage channels - review of current knowledge. Hydraulics Research, Wallingford.
Shiono, K., Knight, D.W. 1991. Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. Journal of Fluid Mechanics. 222:617-646.
Shojaeyan, Z., Kashefipour, S, M. 2012. Application of artificial neural network model in predicting hydraulic jump conjugate depths in reverse gradient output conversions and end threshold. 9” International congress on civil engineering. (in Persian)
Sturm, T, W., Sadiq, A. 1996. Water surface profiles in compound channel with multiple critical depths. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 1996, 122, No. 12, 703- 709.
Wormleaton, P, R., Sellin, R, H, J., Bryant, T., Loveless, J, H., Hey, R, D., Catmur, S, E. 2004. Flow structures in a two-stage channel with a mobile bed. Journal of Hydraulic Research, 42(2), 145-162.
Yuen, K, W, H., Knight, D, W. 1990. Critical flow in two stage channels. Proceedings of an International Conference on River Flood Hydraulics, 17-20 September 1990.
Zahiri, A. 1999. Study of hydraulics and sediment transport hydraulics in compound channels and evaluation of 1 and 2d flow models in these sections. Master Thesis in Irrigation Facilities Engineering, Tarbiat Modares University. (in Persian)