بررسی آزمایشگاهی تاثیر جت مستغرق در بستر موج‌دار با مقطع واگرای تدریجی بر خصوصیات پرش هیدرولیکی نامتقارن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
جواد احدیان 1
مسعود حکمی 2
محمود شفاعی بجستان 3
سید محسن سجادی 4
1 دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز
2 دانشجوی دکتری سازه های آبی دانشگاه شهید چمران اهواز
3 استاد گروه سازه های آبی دانشگاه شهید چمران اهواز
4 استادیار دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز
10.22034/24.1.151
چکیده
یکی از معروف‌ترین پدیده‌های‌هیدرولیکی برای کاهش انرژی جریان، پرش‌ هیدرولیکی می‌باشد که در پایین‌دست سرریز سدها در مقاطع رودخانه‌ها و سازه‌های تاسیس‌شده در کانال‌های آبیاری و‌ زهکشی به‌کار می‌رود. کنترل و کاهش انرژی جنبشی حاصل از این پدیده در فواصل کمتر از محل تشکیل اهمیت فراوانی دارد. از نمونه سازه‌های استهلاک می‌توان به زبری بستر و احداث حوضچه‌های آرامش و ایجاد واگرایی اشاره کرد اما باید گفت که موجب نوسان فشار شده و سبب آسیب رسیدن به بستر کانال و رودخانه می‌شود. وجود جت مقابل بصورت مستغرق می‌تواند این نوسان فشار را کاهش دهد و جریان را در پایین‌دست به زیربحرانی تغییر دهد. هدف از انجام این تحقیق، بررسی وجود سیستم جت مستغرق بر ویژگی پرش هیدرولیکی نامتقارن در بستر موج‌دار بوده‌است تا بتوان این پدیده را کنترل کرد و از ایمنی سازه‌ها و بستر در پایین‌دست اطمینان حاصل نمود. بدین جهت آزمایش‌ها در یک فلوم با سرریز اوجی ثابت با محدوده دبی اصلی 26 الی 67 لیتربرثانیه و 3 دبی جت مستغرق متقابل انجام گرفت. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که بستر موج‌دار در محدوده مقطع واگرای تدریجی، طول پرش را نسبت به عدم وجود آن کاهش داده و تغییرات عمق جریان نیز کمتر شده‌است. همچنین، تاثیر جت مقابل به شکل مستغرق، این روند را بهبود بخشید؛ بطوریکه استهلاک انرژی بطور میانگین 25 الی 30 درصد و طول پرش، تا 50 درصد کاهش یافت. لذا نقش موثر این ترکیب سیستم جت و بستر موج‌دار پیوسته نشان داده‌شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Laboratory investigation of the Effect of a Submerged Jet in a Wavy Bed with a Gradually Diverging Cross-section on the Characteristics of Asymmetric Hydraulic Jump

نویسندگان English

J. Ahadiyan 1
Masoud Hakami 2
M. Shafaei Bajestan 3
Seyed Mohsen Sahadi 4
1 Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Ph.D. student of Hydraulic Structures, Water and Environmental Engineering Faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Professor of Hydraulic Structures, Water and Environmental Engineering Faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
4 Assistant Professor of Hydraulic Structures, Water and Environmental Engineering Faculty, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده English

One of the most famous hydraulic phenomena to reduce flow energy is hydraulic jump, which is used downstream of dam overflows in river sections and structures established in irrigation and drainage canals. It is very important to control and reduce the kinetic energy resulting from this phenomenon at smaller distances from the place of formation. Among the examples of depreciation structures, we can mention the roughness of the bed and the construction of stilling basin and making expansion, but it must be said that it causes pressure fluctuations and damage to the bed of the canals and river. The existence of the submerged jet can reduce this pressure fluctuation and change the flow downstream to subcritical. The purpose of this research was to investigate the presence of a submerged jet system on the characteristic of asymmetric hydraulic jump in corrugated beds so that this phenomenon can be controlled and ensure the safety of structures and beds downstream. For this reason, the experiments were carried out in a flume with a fixed peak overflow with a central flow rate range of 26 to 67 liters per second and 3 mutual submerged jet flow rates. This investigation showed that the corrugated bed in the region of gradual expansion has reduced the length of the jump compared to its absence and the changes in the flow depth have also decreased. Also, the impact of the opposite jet in the submerged shape improved this process; So that energy consumption was reduced by 25-30% and jump length by 50%. Therefore, the effective role of this combination of jet system and continuous corrugated bed was shown.

کلیدواژه‌ها English

Hydraulic jump
Stilling basin
Energy Loss
Expansion section and submerged jet
[1] Chanson, H. 2015 Energy Dissipation in Hydraulic Structures. Taylor & Francis, London, UK.
[2] Roger Bremen & Willi H. Hager, 1993. T-jump in abruptly expanding channel, Journal of Hydraulic Research, 31:1, 61-78.
[3] Torkamanzad, N., et al. (2019). Hydraulic jump below abrupt asymmetric expanding stilling basin on rough bed, Water, vol. 11, No. 9, p. 1756.
[4] Matin M.A., et al. (1997). Prediction of Sequent Depth Ratio of Free Hydraulic Jump in Abruptly enlarged Channels. Egyptian Journal for Engineering Sciences & Technology. Pages 31-36.
[5] Habibzadeh, A., et al. (2011). Exploratory study of submerged hydraulic jumps with blocks. Journal of Hydraulic Engineering, 137(6), 706- 710.
[6] Abdelhaleem, F. (2013). Effect of semi-circular baffle blocks on local scour downstream clear-overfall weirs. Ain Shams Engineering Journal, 4(4), 675-684.
[7] Herbrand, K. 1973. The Spatial Hydraulic Jump. Journal of Hydraulic Research. Pages 205-2018.
[8] Hajialigol, S., et al. (2021). Cross-beams dissipators in abruptly expanding channels: Experimental analysis of the flow patterns. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147, 06021012.
[9] Scorzini, AR., Di Bacco, M., & Leopardi, M. (2016). experimental investigation on a system of crossbeams as energy dissipator in abruptly expanding channels. Journal of Hydraulic Engineering, 142(2), 06015018.
[10] Neisi, K. and Shafai Bejestan, M. (2013). Characteristics of S-jump on roughened bed stilling basin. Water Sciences Research 5 (2), 25–34.
[11] Shafai Bajestan M. and Neisi K. (2004). Effect Shape of Roughness on the Sequent Depth Ratio of Hydraulic Jump. Water and Soil Science Journal. Tabriz University, Iran. Pages 165- 176.
[12] Izadjoo F. and Shafai Bajestan M. (2007). Corrugated Bed Hydraulic Jump Stilling Basin. Journal of Applied Sciences. volume 7, issue 8, pp. 1164-1169.
[13] Kazemianzadeh A., Shafai Bajestan M. (2008). Experimental study of the effect of roughness arrangement on hydraulic jump characteristics in stilling basin, 3rd Iran Water Resources Management Conference, Tabriz University, Iran.
[14] Abbaspour, A. et al. (2009). Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro-environment Research, 3, pp.109-117.
[15] Parsamehr, P. and Hosseinzadehdalir, A. (2012). Experimental Study of Effect of Rough Bed on Sequent Depth Ratio of Hydraulic Jump on Adverse Slope. Irrigation Sciences and Engineering, 36(1): 89-101.
[16] Haghdoost, M. et al. (2022). Experimental study of spatial hydraulic jump stabilization using lateral jet flow. Water Supply. 1 November; 22 (11): 8337–8352.
[17] Sharoonizadeh, S., et al. (2022). Experimental investigation on the characteristics of hydraulic jump in expanding channels with a water jet injection system. Journal of Hydraulic Structures, 2022; 7(4): 58-75.
[18] Varol, F. et al. (2009). The effect of water jet on the hydraulic jump. In Thirteenth International Water Technology Conference, IWTC (Vol13, pp895-910).
[19] Wali, UG. (2013). Kinetic energy and momentum correction coefficients for a small irrigation channel. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 3(9), 1- 8.
[20] Sharoonizadeh, S. et al. (2021). Experimental Analysis on the Use of Counterflow Jets as a System for the Stabilization of the Spatial Hydraulic Jump. Water, 2021, 13, 2572.
[21] Chow VT, 1959. Open Channel Hydraulics. Mc Grow Hill Book Co, New York, NY.
[22] Chanson, H. (2009). Development of the Bélanger equation and backwater equation by Jean-Baptiste Bélanger (1828). Hydraulic Engineering ASCE 135 (3), 159–163.
مهندسی عمران مدرس
دوره 24، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1403
صفحه 151-160