بررسی آزمایشگاهی جریان کف‌زا در شیب شکن ورتکس

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
سیدرضا هاشمی نژاد 1
عاطفه مقبلی 2
سعیده حبیبی 3
محمدجواد خانجانی 4
1 دکتری عمران-سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی، بخش عمران، دانشگاه شهیدباهنر کرمان، کرمان، ایران.
2 کارشناس ارشد سازه های آبی، بخش مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
3 کارشناس ارشد مهندسی آب، بخش مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی کرمان، کرمان، ایران.
4 استاد، بخش مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
چکیده
از شیب­ شکن ورتکس برای انتقال فاضلاب به تراز پایین ­تر در نواحی پرشیب استفاده می­ گردد. این سازه معمولاً در اختلاف ترازهای بیش از پنج متر بکار برده می­ شود. از آنجا که اختلاط آب و هوا در سازه ورتکس نسبتاً زیاد است، وجود مواد شوینده کف‌زا در جریان فاضلاب می­ تواند موجب تشکیل کف در بخش­ هایی از این سازه شود. این پدیده می­ تواند بر بده هوای عبوری از سازه اثرگذار باشد و موجب اختلال در کارکرد هیدرولیکی آن شود. در این پژوهش با استفاده از روش طرح آماری آزمایش ­ها تاثیر جریان کف‌زا بر بده هوای خروجی از این سازه، توسط مدل فیزیکی مطالعه شده است. تاثیر عدد غلظت، نوع ماده کف‌زا و عدد فرود بر متغیر پاسخ، نسبت دبی هوا به دبی جریان، در قالب طرح 33 فاکتوریل کامل و با انجام 63 آزمایش بررسی شد. آنالیز آماری نتایج نشان داد که تاثیر هر سه عامل مورد بررسی بر بده هوا از نظر آماری معنی­دار است و با افزایش عدد غلظت و عدد فرود، بده نسبی هوای خروجی کاهش می­ یابد. همچنین مشاهده شد که تشکیل کف در سازه موجب افزایش دبی هوا تا 82% و در شرایطی موجب کاهش آن تا 64% شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of Foam Producing Flow in Drop Vortex

نویسندگان English

Seyedreza Hasheminejad 1
Atefeh Moghbeli 2
Saideh Habibi 3
Mohammad-Javad Khanjani 4
1 Ph.D. of Civil Engineering-Hydraulic Structure, Engineering Faculty, Civil Engineering Department, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 M.Sc. of Water Structures, Faculty of Agriculture, Department of Agriculture, University of Shahid Bahonar Kerman, Iran.
3 M.Sc. of Water Engineering, Department of Civil Engineering, Institution of Higher Education Kerman, Kerman, Iran.
4 Professor, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Shahid-Bahonar University, Kerman, Iran.
چکیده English

Drop vortex is utilized to convey sewage across elevation change in steep catchments. This structure is generally used when the elevation difference is more than 5 m. Since the air and water flow are extensively combined in these structures and the sewage flow might contain detergent and foam producing materials, foam could produce in some parts of drop vortex. This phenomenon could affect vortex airflow and reduce drop vortex hydraulic performance. In this investigation, the effects of Foam Producing Flow (FPF) on vortex air discharge were studied by a scaled model and statistical Design of Experiment (DoE) methodology. Effects of Concentration Number, detergent type, and Froude Number on the dependent variable, air discharge to water discharge ratio, were studied by 33 full-factorial design and 63 runs. Analysis of the results revealed that all design factors had meaningful effects on vortex air discharge and it decreases by the increase of Concentration and Froude Number. Moreover, it was illuminated that foam formation could boost air discharge by 82% and in some conditions could reduce it more than 64%.

کلیدواژه‌ها English

foam producing flow (FPF)
air discharge
drop vortex
design of experiments (DoE)
Experimental model
[1] Rosso, D., & Stenstrom, M.K. 2006 Surfactant effects on α-factors in aeration systems. Water research, 40 (7), 1397-1404.
[2] Yu, D., & Lee, J.H. 2009 Hydraulics of tangential vortex intake for urban drainage. Journal of Hydraulic Engineering, 135(3), 164-174.
[3] Zhao, C.H., Zhu, D.Z., Sun, S.K., & Liu, Z.P. 2006 Experimental study of flow in a vortex drop shaft. Journal of Hydraulic Engineering, 132(1), 61-68.
[4] Joseph, D. 1997 Understanding foams & foaming. International Journal of Cosmetics Science University of Minnesota, USA.
[5] Pal, P., Khairnar, K., & Paunikar, W. 2014 Causes and remedies for filamentous foaming in activated sludge treatment plant. Global Nest Journal, 16(4), 762-772.
[6] Jain, S.C. 1988 Air transport in vortex-flow drop shafts. Journal of Hydraulic Engineering, 114(12), 1485-1497.
[7] Ramezani, L., Karney, B., & Malekpour, A. 2016 Encouraging effective air management in water pipelines: A critical review. Journal of Water Resources Planning and Management, 142(12), 04016055.
[8] Inc., S.I. 2017 Jmp 13.1 online documentation. JMP Statestical Discavery from SAS.
[9] Szirtes, T. 2007 Applied dimensional analysis and modeling. Elsevier: Amsterdam.
[10] Padulano, R., & Del Giudice, G. 2016 Transitional and weir flow in a vented drop shaft with a sharp-edged intake. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 142(5), 06016002.
[11] Sangsefidi, Y., Mehraein, M., Ghodsian, M., & Motalebizadeh, M.R. 2017 Evaluation and analysis of flow over arced weirs using traditional and response surface methodologies. Journal of Hydraulic Engineering, 143(11), 040170481-0401704811.
[12] Montgomery, D.C. 2013 Design and analysis of experiments. John Wiley & Sons, Inc.: Hoboken, New Jersey.
مهندسی عمران مدرس
دوره 20، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1399
صفحه 191-203