بررسی ضریب جریان در سرریزهای لبه تیز ذوزنقه ای و مستطیلی قوس دار
Abstract
سرریزها از جمله وسایلی هستند که برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های روباز مورد استفاده قرار می گیرند. سرریزها متناسب با شرایط و دقت مورد نیاز برای اندازه گیری دبی جریان دارای مقاطع مختلفی می باشند. سرریزهای مرکب لبه تیز مستطیلی و یا ذوزنقه ای قوس دار در سطح مقطع خود به صورت ترکیبی از یک دهانه قوس دایره ای در قسمت پایین و یک دهانه مستطیلی و یا ذوزنقه ای در قسمت بالا می باشند. در جریان های کم، قسمت قوسی این نوع سرریزها بصورت منفرد عمل نموده و در جریان های زیاد، دهانه بالایی مانع افزایش زیاد سطح آب در بالادست سرریز شده و اندازه گیری دبی جریان را با دقت قابل قبولی امکان پذیر می سازد. هدف از این تحقیق بررسی آزمایشگاهی روش های افزایش ضریب دبی جریان در سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای می باشد. با افزایش ضریب دبی جریان، افت انرژی و نوسانات سطح آب در بالادست کاهش و در نتیجه میزان آبگیری از کانال افزایش می یابد. در تحقیق حاضر سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای قوس دار در فلوم آزمایشگاهی با دیواره های شیشه ای به طول 10 متر، عرض 25 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر در آزمایشگاه مدل های هیدرولیکی دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفت. بیش از 500 آزمایش بر روی 45 مدل مختلف سرریز با پارامترهای هندسی شامل عرض تاج سرریز (b)، ارتفاع سرریز(p)، ارتفاع دهانه قوس دایره ای (h0)، شعاع قوس دایره ای (r) و نیز پارامترهای هیدرولیکی نظیر بار آبی روی سرریز (h) و دبی جریان (q) انجام شده و رابطه ای برای ضریب دبی جریان ارائه گردید. همچنین اثر تغییر این پارامترها بر روی ضریب دبی جریان بررسی شد. سرریزهای مستطیلی قوس دار با عرض تاج سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر، ارتفاع سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر و ارتفاع دهانه قوس دایره ای 12.5، 10، 7.5 و 5 سانتی متر با شعاع قوس های مختلف ساخته شد. سرریزهای ذوزنقه ای قوس دار با عرض تاج سرریز 15 سانتی متر، ارتفاع سرریز 25، 20 و 15 سانتی متر و ارتفاع دهانه قوس دایره ای 7.5 و 5 سانتی متر با شعاع قوس های مختلف و شیب دیواره های جانبی (0.5h:1v) ساخته شد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که در سرریزهای مرکب در ناحیه ای که مقطع ساده به مقطع مرکب تبدیل می شود وجود یک ناپیوستگی در رابطه دبی جریان – بار آبی مورد انتظار است. به ازای بار آبی معین روی تاج سرریز، با افزایش عرض تاج سرریز، کاهش ارتفاع سرریز، کاهش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن افزایش شعاع قوس دایره ای، مقدار دبی جریان افزایش می یابد. در بارهای آبی کم، با افزایش عرض تاج سرریز، کاهش ارتفاع سرریز، کاهش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن افزایش شعاع قوس دایره ای، مقدار ضریب دبی جریان افزایش می یابد. روند تغییرات نشان می دهد در بارهای آبی زیاد، با افزایش ارتفاع دهانه قوس دایره ای و به موازات آن کاهش شعاع قوس دایره ای، مقدار ضریب دبی جریان افزایش می یابد. مقادیر ضریب دبی جریان در سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه ای قوس دار با سرریزهای مشابه بدون قوس مقایسه گردید. مطابق نمودارهای ارائه شده، مقادیر ضریب دبی جریان اندازه گیری شده نسبت به مقادیر محاسبه شده سرریزها در اکثر موارد انطباق قابل قبولی نشان داد.