بررسی تأثیر زبری موضعی بر ضریب اختلاط عرضی در یک کانال باز مستطیلی

یکی از مشخصه های جریان روباز در کنترل آلودگی، ضرایب پخشیدگی آشفته هستند. افزایش این ضرایب درراستای سه محور، عامل رقیق سازی و افزایش تبادل مواد با بستر جریان و به طور کلی باعث کاهش طول اختلاط کامل می شود. به منظور بررسی تأثیر بلوک های موضعی بر ضریب اختلاط عرضی، آزمایشاتی در دو کانال آزمایشگاهی مستطیلی انجام گرفت. کانال اول به طول 7 متر، عرض32/. متر و ارتفاع 35/. متر و کانال دوم به طول 20 متر، عرض 6/0 متر و ارتفاع 6/0 متر بوده و نصب بلوک های مستغرق به صورت موضعی با آرایش های گوناگون، انجام شده است. کانال اول توسط دو پمپ با حداکثر دبی 4/16 لیتر در ثانیه و کانال دوم توسط پمپی با حداکثر دبی 75 لیتر بر ثانیه تغذیه می شد. تنظیم دبی خروجی از پمپ توسط شیر تنظیم تعبیه شده پیش از دهانه ورودی به مخزن بالادست صورت می گرفت. آب در سیکل بسته از منبع اصلی به مخزن کوچک ابتدای فلوم پمپاژ شده و در آنجا با عبور از یک آرام کننده وارد کانال می شد. جریان به صورت یکنواخت و عمق جریان در دامنه 5- 15 سانتیمتر در کانال اول و 5/17 سانتی متر در کانال دوم توسط دریچه کنترل در پایین دست کنترل می-گردید. پس از حصول جریان توسعه یافته در کانال، در ترازی بالاتر از لبه کانال از یک مخزن هوایی حاوی محلول رقیق شده نمک با غلظت معلوم به عنوان ماده ردیاب استفاده شد. غلظت ها در 4 الی 5 مقطع و در هر مقطع 27 نقطه اندازه گیری گردید. ضریب اختلاط عرضی با استفاده از روابط ساده شده معادله بقای جرم و با استفاده از روش تبادل ممان، برای آرایش-های مختلف بلوک های موضعی محاسبه شد. همچنین مقدار ضریب مذکور بدون حضور بلوک ها مورد محاسبه قرار گرفت تا مبنایی جهت مقایسه تأثیر بلوک ها بر ضریب اختلاط عرضی قرار گیرد. در این تحقیق همچنین، تأثیر نسبت عرض به عمق بر ضریب فوق الذکر مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج حاصل از تجزیه وتحلیل های آزمایشگاهی نشان داد که در کانال اول آرایش های مختلف زبری نتایج متفاوتی بر ضریب اختلاط عرضی گذاشته ولی در کانال دوم وجود زبری ها در هر موضعی باعث افزایش آشفتگی و جریان های عرضی و نهایتاً افزایش ضریب اختلاط عرضی شدند. همچنین در کانال اول، با افزایش فاصله زبری های موضعی از منبع آلودگی، تأثیر این زبری ها بر ضریب اختلاط عرضی و به تبع آن طول اختلاط کامل افزایش یافت ولی در کانال دوم تغییر مشخصی دیده نشد. با کاهش فاصله تناوبی بین زبری ها در کانال اول، شیب واریانس توزیع غلظت و در نتیجه ضریب اختلاط عرضی افزایش یافت و از طول اختلاط کامل کاسته شد و در کانال دوم بهترین فاصله تناوبی 1 متر بدست آمد. به علاوه در سرعت ثابت، مقدار این ضریب با افزایش نسبت عرض به عمق افزایش یافت. بطور کلی در سرعت و عرض ثابت، با افزایش عمق جریان ضریب اختلاط عرضی کاهش یافت.