بررسی آزمایشگاهی آبشستگی و میدان جریان جتهای دیواره ای و برخوردی مستغرق

بررسی آبشستگی ایجاد شده توسط جتها یکی از موضوعات بسیار مهم در طراحی سدها و سازه های تخلیه کننده سدها می باشد. تا به حال تحقیقات بسیاری در مورد آبشستگی ایجاد شده توسط این نوع جریانها (جتها) انجام شده است و بررسی تاثیر بسیاری از پارامترها از جمله عمق پایاب، ارتفاع ریزش، سرعت جت و خصوصیات هندسی جت و خصوصیات رسوب بر ابعاد حفره آبشستگی انجام شده است. در تحقیق حاضر به بررسی اثر غیر یکنواختی مصالح بر ابعاد حفره ایجاد شده توسط جتهای ریزشی می پردازیم. در مورد جتهای دیواره-ای اثر پارامترهای تاثیرگذار بر ابعاد حفره آبشستگی از جمله عمق پایاب، زاویه جت، عدد فرود مصالح زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی بررسی شد. برای بررسی حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان، تاثیر پارامترهای مختلف مانند: محل قرارگیری جت برخوردی، عدد فرود مصالح جت برخوردی و جت دیواره ای، عمق پایاب بررسی شد. در فصل آخر این رساله بررسی آماری آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط جتهای دیواره ای افقی و مایل انجام می شود و تاثیر زاویه جت و عمق پایاب بر آشفتگی نزدیک کف حفره ایجاد شده توسط این نوع جتها انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که در جتهای ریزشی، با استفاده از قطری که 90% مصالح از آن درشت تر باشند در عدد فرود مصالح، همبستگی بهتری بین ابعاد حفره آبشستگی و عدد فرود مصالح ایجاد می شود به بیان دیگر عدد فرود مصالح اثر غیریکنواختی مصالح را نیز درون خود دارد. با حذف پارامترهایی از جمله نسبت ارتفاع ریزش به قطر مصالح و ضریب غیر یکنواختی مصالح از روابط مستخرج برای پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی تاثیر چندانی در دقت روابط موجود ایجاد نمی شود که نشان دهنده این واقعیت است که این پارامترها در درجه دوم اهمیت نسبت به سایر پارامترها قرار دارند. برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ایجاد شده توسط جتهای ریزشی روابطی مناسب و ساده ارایه شد که نسبت به روابط پیشین ارایه شده از دقت بیشتری برخودار است همچنین برای تخمین ابعاد حفره آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی در طبیعت نیز دقت بیشتری نسبت به روابط پیشین دارد. نتایج آزمایشات انجام شده در مورد اثر زاویه جت دیواره ای بر ابعاد حفره آبشستگی نشان می دهد که در شرایطی که عمق پایاب زیاد می باشد با افزایش زاویه جت دیواره ای، ابعاد حفره آبشستگی کاهش می یابد. در شرایطی عمق پایاب کم می باشد حفره آبشستگی مشاهده شده از دو حفره آبشستگی متصل به هم تشکیل شده که عمق حفره آبشستگی دوم با افزایش زاویه جت روندی کاهشی- افزایشی دارد که مرز آن زاویه ? 10 می باشد. با افزایش عمق پایاب ابعاد حفره آبشستگی نیز روندی کاهشی افزایشی دارد و با افزایش زاویه جت عمق پایاب حدی افزایش می یابد. با افزایش عدد فرود جت دیواره ای افقی و مایل ابعاد حفره آبشستگی افزایش می یابد. نتایج آزمایشات انجام شده توسط جتهای دیواره ای و برخوردی همزمان نشان می دهد که با افزایش عمق پایاب عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول و محل قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی افزایش می یابد. با افزایش فاصله جت برخوردی تا دیواره بالادست عمق و عرض حفره آبشستگی کاهش می یابد در حالی که طول حفره آبشستگی و فاصله قرارگیری انتهای برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی تا دیواره بالادست کانال افزایش می یابد. در مطالعات انجام شده در مورد میدان جریان جتهای دیواره ای افقی و مایل پروفیلهای بی بعد شده سرعت جریان و نوسانات آن در طول کانال ارایه شد. نتایج بررسی های آماری آشفتگی نزدیک کف نشان داد که در درون حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر از پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل می باشد. برروی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی احتمال ایجاد پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل نسبت به پدیده های جاروبی و بیرون رانی بیشتر می باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی تنشهای رینولدز وارد بر کف بیشترین مقدار را دارند در حالی که بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی بیشترین تنش رینولدز منفی در طول حفره آبشستگی مشاهده می شود. همبستگی های درجه 3 نشان می دهد که در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی پدیده جاروبی حاکم می باشد و بیشترین انتقال مومنتم بسمت کف حفره در این ناحیه مشاهده می شود. بر روی برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی پدیده اندر کنش رو به داخل حاکم می باشد و بر روی تاج برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی انتقال مومنتم به سمت کف و دیواره بالادست می باشد. پایداری پدیده ها نسبت به احتمال تبدیل آنها به یکدیگر بیشتر می-باشد. در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی بیشترین اختلاف بین پایداری پدیده های عامل آبشستگی بیرون رانی و جاروبی) با پدیده های اندرکنش رو به بیرون و رو به داخل وجود دارد. کمترین زاویه اعمال پدیده های بیرون رانی و جاروبی در محل حداکثر عمق حفره آبشستگی مشاهده شد در حالی که بیشترین زاویه اعمال این پدیده ها در محل حداکثر برآمدگی تشکیل شده در انتهای حفره آبشستگی ایجاد می شود.