بررسی خصوصیات جریان عبوری در سرریز با دیواره سینوسی

سرریزها سازههایی هستند که به منظور اندازه گیری دبی جریان، در مسیر کانال های انتقال آب و رودخانه ها نصب و یا ساخته میشوند. در این سازهها تنها با اندازه گیری عمق جریان بالادست، دبی عبوری محاسبه میشود. با وجود تحقیقات گسترده در زمینه سرریزها و در میان شکلهای متفاوت سرریزهای لبهتیز، تاکنون مطالعهای در زمینه سرریز با دیواره سینوسی صورت نگرفته است. هدف از این مطالعه، ارائه رابطه هد- دبی و بررسی خصوصیات جریان در سرریز سینوسی با یک سیکل میباشد. بدین منظور، پس از معرفی شکل سرریز مورد نظر با رابطهای ساده و قابل کاربرد برای تمامی کانالها، تعداد چهار مدل سرریز با دیواره سینوسی و دو مدل شاهد مستطیلی ساخته شد. پس از نصب مدلهای ساخته شده در کانال آزمایشگاهی، دبی و عمق جریان بالادست برای محاسبه ضریب دبی و همچنین نیمرخهای سرعت بهمنظور بررسی خصوصیات جریان عبوری از روی این سرریزها برداشت شد. بهمنظور تعیین رابطه هد- دبی با استفاده از روابط تئوری حاکم بر جریان ، رابطه بهدست آمده بهعلت دارا بودن توابع انتگرالی، چندان مناسب اهداف عملی نبود. لذا با حذف توابع انتگرالی، رابطهای کاربردی برای تعیین دبی جریان ارائه شد. در رابطه هد- دبی اصلی، که شامل توابع انتگرالی است، ضریب cd با نسبت هد نسبی(h/p) تغییرات چندانی ندارد و میتوان آن را تقریباً ثابت و برابر با مقدار متوسط 57/0 در نظر گرفت. اما در رابطه دبی ساده شده بین ضریب دبی با نسبت (h/p) یک رابطه دورهای مشاهده شد. با بررسی نیمرخهای سرعت مشخص شد که با افزایش هد آب روی تاج سرریز در یک فاصله معین در عرض، مقادیر سرعت vx و vy از کف کانال تا نزدیکی محل تاج به بیشترین مقدار خود میرسد و با فاصله گرفتن از تاج به سمت سطح آب مجدداً کاهش مییابد. بیشینه مقادیر سرعت vx و vy در مرکز سرریز و روی محور تقارن سازه رخ میدهد. با فاصله گرفتن از مرکز به سمت دیوارههای کانال، سرعت به تدریج کاهش مییابد، که میتوان علت این امر را وجود مقاومت ناشی از دیوارههای سرریز در برابر جریان دانست. همچنین مقادیر سرعت vz در مرکز ناچیز و تقریباً برابر صفر فرض شده است. علت این امر را میتوان ناچیز بودن مقاومت جریان در مرکز سرریز دانست. بنابراین میتوان جریان در مرکز تاج سرریز را تقریباً دوبعدی فرض نمود. با فاصله گرفتن از مرکز به سمت دیوارههای کانال، سرعت vz به تدریج افزایش و در لبه دیواره سرریز به بیشترین مقدار خود میرسد. با تحلیل جریان عبوری از روی سرریزهای سینوسی و مقایسه آن با سرریزهای شاهد مستطیلی، خصوصیات هیدرولیکی جریان و روند تغییرات جریانهای ثانویه در مجاورت سرریزها مورد بحث و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شکل خاص دیواره سرریزهای سینوسی، سبب تشدید تغییرات جریانهای ثانویه و کاهش رسوب میشود.