آزمایش کانال روباز :(بررسی جریانهای مختلف در یک کانال)
مقدمه :
جریان با سطح آزاد معمولاً به جریانی از مایعات اطلاق می شود که قسمتی از آن به نام سطح ازاد صرفاً تحت فشار معینی باشد . جریان در اقیانوسها و رودخانه ها و نیز جریان مایعات در لوله هایی که کاملاً پر نشده اند جریان با سطح آزاد هستند که در آنها قسمتی از مرز جریان تحت فشار اتمسفر قرار دارد . جریان در کانالهای روباز انواع بسیار متنوعی دارد . از جریان آب بر روی سطح یک زمین شخم زده در هنگام بارندگی شدید تا جریان با عمق ثابت در یک کانال منشوری بزرگ . این جریانها را می توان به انواع دائمی و غیردائمی یکنواخت و غیریکنواخت تقسیم بندی کرد . جریان دائمی یکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان و عمق آن در طول کانال تغییر نمی کند . این نوع جریان در کانالهای منشوری بسیار طویل رخ می دهد . در چنین کانالهایی پس از طی مسافتی ، نیروی مقاوم اصطکاک با نیروی محرک جاذبه ثقل برابر شده سرعت جریان به سرعت حد می رسد . از آن پس یک جریان یکنواخت یعنی جریانی با عمق و سرعت ثابت برقرار می شود که در آن افت ارتفاع اصطکاکی با افت ارتفاع هندسی سبز کانال برابر است . عمق جریان دائمی یکنواخت را عمل نرمال گویند . جریان دائمی غیریکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان تغییر می کند .اما عمق آن در طول کانال تغییر می نماید . این نوع جریان در کانالهای غیرمنشوری و سطوحی ابتدایی و انتهایی کانالهای منشوری رخ می دهد . جریان غیریکنواخت را اصطلاحاً جریان متغیر نامیده اند . جریان های متغیر را می‌توان به دو دسته متغیر تدریجی و متغیر سریع تقسیم بندی کرد . در جریان تدریجی عمق یا مقطع جریان تدریجاً تغییر می کنند . در جریان متغیر سریع ، سرعت و عمق جریان در فاصله کوتاهی از طول کانالهای سریعاً تغییر می کنند ، مانند جریان در یک تبدیل ، جریان غیردائمی یکنواخت بندرت رخ می دهد . جریان غیردائمی غیریکنواخت فراوان است اما تحلیل آن مشکل است .
اگر سرعت جریان کمتر از سرعت انتشار یک موج کوچک در کانال باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک در خلاف جهت جریان بالا دست حرکت کنند و شرایط جریان در بالادست تغییر دهند ، جریان را کند یا دوخانه ای گویند . در این نوع جریان ، شرایط بالادست متاثر از پایین دست است ، به عبارت دیگر ، جریان از پایین دست کنترل میشود . اگر سرعت انتشار امواج باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک همراه با مایع به پایین دست رفته شوند جریان را تند یا سیل آسا گویند . در این نوع جریان تغییرات کوچک در شرایط پایین دست ، شرایط بالادست را تغییر می دهد . به عبارت دیگر جریان از بالا دست کنترل می شود . اثر سرعت جریان با سرعت انتشار امواج کوچک برابر باشد جریان را بحرانی گویند . برای طبقه بندی فوق از اصطلاحات زیر بحرانی و فوق بحرانی نیزاستفاده می شود . جریان کند که سرعت آن از سرعت بحرانی کمتر است را زیر بحرانی و جریان تند که سرعت آن از سرعت بحرانی بیشتر است را فوق بحرانی گویند . سرعت درونی کانال صفر است و عموماً با افزایش فاصله از آن افزایش می یابد ، سرعت حداکثر که در روی سطح ازاد بلکه پایین تر از آن و معمولاً به فاصله ای حدود 05/0 تا 25/0 عمق از آن رخ می دهد . سرعت متوسط در روی یک خط قائم را با اندازه گیری سرعت جریان در 6/0 عمق تعیین می کنند .
هدف :
هدف از آزمایش آشنایی با قوانین حاکم بر جریان در کانالهای باز ، انواع جریانها و دسته بندی آنها ، یافتن عمق بحرانی ، مشاهده و تجزیه و تحلیل پرش هیدرولیکی و همچنین بررسی نیرو دریچه ها می باشد .
تئوری و تجزیه و تحلیل :
برای کانالهای باز اشکال هندسی مختلفی استفاده می شود مانند مقطع ذوزنقه ای که خود شامل مقطع مستطیلی و مثلثی است . مقطع دایره ای ، مقطع سهمی شکل ، هر کدام از این مقاطع برای کار بخصوصی در نظر گرفته می شود . مثلاً در بیشتر کانالهای آبیاری ، نهرها و مقاطع ذوزنقه ای استفاده می شود و در سیستم های جمع آوری فاضلاب از مقاطع دایره ای استفاده می شود . مقطعی که به ازاء سطح یکسان محیط کمتری داشته باشد ، اصطکاک کمتری ایجاد می کند و لذا ظرفیت انتقال دبی بیشتری را دارد . بطور کلی هزینه های احداث یک کانال عبارتند از هزینه پوشش کانال که متعامل با محیط آن است . با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم اگر سطح مقطع حداقل باشد ، محیط نیز حداقل است . با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم ، اگر سطح مقطع حداقل باشد . محیط نیز حداقل خواهد بود و لذا هزینه خاکبرداری و هزینه پوشش کانال همزمان به حداقل می رسند . مقطعی که در بین مقاطع هم شکل خود ، حداقل سطح یا محیط را داشته باشد بهترین مقطع هیدرولیکی نامیده می شود . فرمول آن به صورت زیر است :
محاسبات و نتایج :
مرحله اول : بدون مانع :
اندازه عمق های مختلف :
y میانگین =
دبی اندازه گیری شده
اندازه گیری های بعدی:
برای بدست آوردن ضریب مانینگ
مرحله دوم : با مانع :
اندازه عمق های مختلف :
عمق آب قبل از پرش هیدرولیکی :
عمق آب بعد از پرش هیدرولیکی :
عمق های بعد از پرش هیدرولیکی :
دبی اندازه گیری شده :
زمانی که دبی را کم می کنیم ، داده های زیر اندازه گیری شد .
ارتفاع قبل از پرش :
ارتفاع بعد از پرش :
زمانی که دبی را کم کرده ایم داده های زیر اندازه گیری شد .
ارتفاع قبل از پرش :
ارتفاع بعد از پرش :
زمانی که دبی را کمتر کردیم ، داده های زیر اندازه‌گیری شد .
ارتفاع میانگین قبل از پرش هیدرولیکی :
ارتفاع میانگین بعد از پرش هیدرولیکی :
ارتفاع های بعد از پرش :
برای بدست آوردن منحنی عمق بحرانی به دبی باید عمق های بحرانی را در هر دبی با توجه به فرمول بدست آورد . ، ،
برای بدست آوردن در دبی حداکثر عدد فرود را بدست می آوریم ، سپس عدد فرود را نوشته و سرعت را بدست می آوریم ، از طریق دبی حداکثر و سرعت سطح مقطع را بدست می آوریم و سپس را بدست می آوریم :
ارتفاع آب قبل از پرش :
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 21 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله آزمایش کانال روباز
