در تحقیق حاضر، خصوصیات پرش نوع b در حوضچه آرامش سرریز اوجی در حالت وجود یک دیواره ممتد در پنجه سرریز و در فواصل مختلف و دو دیواره ممتد اولی در پنجه سرریز ودیگری در محدوده طول گرداب بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در حالت قرار گیری یک دیواره، با افزایش ارتفاع دیواره وکاهش فاصله قرارگیری آن از پنجه پرش، بدلیل نزدیک شدن به ناحیه شتاب گیرنده و افزایش جذب انرژی توسط دیواره عمق ثانویه وطول گرداب پرش کاهش و افت انرژی افزایش می یابد. همچنین با مشاهده جریان عبوری از روی دیواره پرش های تشکیل شده به 4 دسته تقسیم شدند: 1) پرش آزاد، 2) پرش موجی شکل، 3) پرش مستغرق و 4) پرش مستغرق با گرداب های کف. با انتقال پنجه پرش بر روی مقاطع بالاتر از بدنه سرریز، از اثر دیواره در کاهش عمق ثانویه کاسته می شود. همچنین بدلیل تشکیل گرداب های کف در پشت دیواره کاهش شدیدی در طول نسبی گرداب در کلیه مقاطع مشاهده می شود. چنانچه دو دیواره هم ارتفاع در مسیر پرش نوع b قرار گیرد مشاهده می شود که دیواره دوم تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی پارامترهای پرش نمی گذارد. بعبارت دیگر دیواره دوم نقش مهمی در پارامترهای اصلی پرش ندارد. در نهایت بر اساس معادلات اندازه حرکت و انرژی جهت محاسبه عمق ثانویه و طول گرداب پرش روابط نیمه تجربی بر مبنای آنالیز ابعادی ارایه شده است.

حوضچه های آرامش سازه هایی هستند که برای کنترل پرش هیدرولیکی ساخته می شوند. در تحقیق حاضر، پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش سرریز اوجی با استفاده از شکل های مختلف دیواره ممتد بررسی شده است. هدف از این تحقیق بررسی اثر شکل دیواره بر طول، عمق ثانویه ، افت انرژی و خلازایی می باشد. 3 شکل مختلفِ دیواره با بدنه شیب دار در بالادست و قایم در پایین دست، بدنه شیب دار در پایین دست و قایم در بالادست و دیواره با بدنه قایم در بالادست و پایین دست برای بررسی انتخاب شده است. نتایج نشان می دهند که: 1)تاثیر شکل های انتخاب شده برای دیواره بر عمق ثانویه تقریبا یکسان است و تفاوت عمده و قابل تشخیصی در عمق ثانویه پرش دیده نمی شود. 2) شیب در بالادست دیواره سبب افزایش طول پرش می شود و برای استفاده در حوضچه آرامش مناسب نمی باشد. 3) میزان افت انرژی در 3 حالت انتخاب شده تقریبا یکسان است با این تفاوت که دیواره با بدنه شیب دار در بالادست در هنگامی که عمق ثانویه کم باشد، با پرتاب جریان به سمت بالا میزان افت زیادی را موجب می شود. ولی این نوع از جریان در حوضچه های آرامش قابل قبول نیست. 4) شیب دیواره در بالادست سبب جدایی خطوط جریان از بستر کانال و ایجاد خلازایی می شود. دیواره با بدنه شیب دار در بالا دست برای استفاده در انتهای حوضچه های آرامش مناسب تر و برای افزایش افت انرژی دیواره با بدنه شیب دار در پایین دست بهترین گزینه است. در نهایت رابطه ای برای محاسبه عمق ثانویه پرش ارایه شده است.

همواره پل های زیادی در اثر آب شستگی موضعی پایه های آن ها در اثر جریان آب در رودخانه ها تخریب می شوند. طبق تعریف، شسته شدن مصالح بستر رودخانه در اثر جریان آب را آب شستگی نامند. تا کنون راه های زیادی جهت کاهش این عمق به کار گرفته شده است. این روش ها در دو دسته ی عمده ی افزایش مقاومت مواد موجود در بستر و کاهش اثر عوامل فرسایش قرار می گیرد. یکی از موارد حالت دوم استفاده از طوق است. در این پایان نامه ضمن مشاهده اثر شکل طوق های قبلی مطالعه شده توسط سایر محققین بر آب شستگی، اثر چهار شکل طوق دیگر بر میزان و روند آب شستگی بررسی شده است. مدل به صورت فیزیکی و در آزمایشگاه هیدرولیک و مکانیک سیالات دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. کانال به شکل مستطیلی با عرض 405 میلی متر، ارتفاع 700 میلی متر و طول 11 متر استفاده شد. پایه ی استفاده شده استوانه ای به قطر 40 میلی متر و از جنس پلاستیک تفلون بود. ماسه های استفاده شده با دانه بندی تقریباً یکنواخت در محدوده ی 600 تا 800 میکرون با وزن مخصوص نسبی 65/2 بودند. طوق های استفاده شده شامل طوق با قطر دوبرابر قطر پایه، طوق با قطر سه برابر قطر پایه، طوق شماره ی یک (دایره با زایده های جانبی)، طوق شماره ی دو (دایره ی غیر هم مرکز با پایه)، طوق شماره ی سه (ترکیب نیم دایره با مربع) و طوق شماره ی چهار (بیضی شکل) بودند. معیار مورد استفاده جهت عمق تعادل معیار کومار و همکاران (1999) بود. آزمایش ها نشان داد نسبت سرعت برشی به سرعت برشی بحرانی لازم برای شروع آب شستگی در حالت بدون طوق 5/0، برای طوق با قطر دوبرابرقطر پایه 53/0، برای طوق با قطر سه برابر قطر پایه، طوق شماره ی دو، طوق شماره ی سه و طوق شماره ی چهار 58/0 و در طوق شماره ی یک 61/0 است. نمودار توسعه ی زمانی عمق آب شستگی در جلو و پشت پایه به سه قسمت اصلی زمان تأخیر (که گودال هنوز به پایه نرسیده است)، زمان میانی (که با شدت زیاد در حال گسترش است) و زمان نهایی (که رشد گودال کم شده و شیب نمودار خیلی کم است) تقسیم می شود. طوق شماره ی سه از نظر کاهش عمق آب شستگی با 46 درصد کاهش بهترین راندمان و طوق با قطر دو برابر قطر پایه با 16 درصد کاهش بدترین راندمان را داشتند. طوق شماره ی دو از نظر افزایش زمان نسبی تعادل با 261 درصد و طوق با قطر دو برابر قطر پایه با 8/9 درصد افزایش نسبت به حالت بدون طوق به ترتیب بهترین و بدترین حالت طوق بودند. اگرچه طوق های پیشنهادی جهت جلوگیری از آب شستگی به طور کامل مناسب نیستند، ولی برای ایجاد تأخیر در رسیدن به حالت تعادل بسیار مناسب هستند و در کاربردهای عملی می توانند به عنوان ابزاری مناسب برای کاهش خسارات آب شستگی اطراف پایه ی پل ها به کار روند.

دریچه های هیدرولیکی سازه های متحرکی هستند که به منظور قطع و وصل جریان، تنظیم دبی و تنظیم سطح آب مورد استفاده قرار می گیرند. از بین انواع دریچه ها، دریچه های کشویی به دلیل سهولت در ساخت و بهره برداری، دارای کاربرد وسیعی در کارهای آبی هستند. تاکنون تحقیقات زیادی بر روی دریچه ها ی کشویی با عرض کانال یکسان در بالادست و پایین دست دریچه انجام شده است.در تحقیق حاضر خصوصیات جریان از زیر دریچه ی کشویی در حالتی که عرض کانال پایین دست دریچه کمتر از عرض کانال بالادست دریچه است، تحلیل و بررسی شد. 193 آزمایش بر روی 3 مدل آزمایشگاهی با عرض 300، 240 و 200 میلیمتر در پایین دست دریچه و عرض 405 میلیمتر در بالادست دریچه انجام شد. با استفاده از 3 معادله ی اساسی سیالات شامل معادلات انرژی، اندازه حرکت و پیوستگی، 4 روش برای تخمین دبی جریان آزاد و جریان مستغرق ارایه شد. با استفاده از برازش چند متغیره ی غیر خطی داده های آزمایشگاهی، ضرایب دبی جریان به منظور دقیق تر کردن این روابط بدست آمد. در تمامی روابط ارایه شده از متغیرهایی استفاده شد که به راحتی و با دقت مناسب قابل اندازه گیری هستند. بنابراین روابط ارایه شده قابل استفاده در موارد عملی هستند. برای نشان دادن تطابق روابط ارایه شده با نتایج حاصل از داده های آزمایشگاهی، پارامترهای آماری میانگین خطای مطلق و ماکزیمم خطای مطلق محاسبه گردید. میانگین خطای مطلق تخمین دبی در تمامی روش های ارایه شده، برای جریان آزاد و مستغرق به ترتیب کمتر از 6/1 و 9/2 درصد بدست آمد. از بین روابط ارایه شده، رابطه ی حاصل از نوشتن معادله ی اندازه حرکت بین مقطع بالادست دریچه ی کشویی و مقطع فشردگی جریان در هر دو حالت آزاد و مستغرق، بهترین دقت را در محاسبه ی دبی جریان داشت. در تحقیق حاضر با استفاده از داده های آزمایشگاهی، روابط بی بعدی به منظور تخمین محل تشکیل گرداب های بالادست دریچه ی کشویی بدست آمد. این گرداب ها بر اساس شکل ظاهری به سه دسته تقسیم شدند و شرایطی که باعث ایجاد هر نوع گرداب و یا عدم تشکیل گرداب می شود، بررسی شد. در پایین دست دریچه ی کشویی مدل آزمایشگاهی، پدیده ی انقباض جریان خروجی اتفاق می افتد که روابط بی بعدی نیز به منظور تعیین پلان جریان خروجی از زیر دریچه ارایه شد.

در این پایان نامه نتایج حاصل از مطالعه ی تحلیلی بر روی جریان دوفازی عبوری از روی سرریز پلکانی و تنداب در ناحیه ی توسعه یافته ارایه شده است. با اعمال فرضیات حاکم بر جریان دوفازی آب-هوا در معادلات پخشیدگی و انتشار، معادله ی پیوستگی برای هوا در جریان دوفازی بدست می آید. با جایگذاری رابطه ی توزیع سرعت ارایه شده توسط چیو (1988) در معادله ی پیوستگی هوا و اعمال شرایط مرزی برای جریان دوفازی، سه مدل قابل قبول برای توزیع غلظت هوا در مقطع جریان بدست می آید. به دلیل مشخص نبودن مقدار دقیق عمق جریان دوفازی ( ) از سه فرضیه ی متفاوت برای عمق جریان استفاده شده است: ، و ( به عنوان مثال معرف عمقی از مقطع جریان است که غلظت هوا در آن نقطه برابر 90 درصد است). در این تحقیق همانند مطالعه ی استراب و اندرسون (1958)، مقطع جریان به دو ناحیه ی بالا و پایین تقسیم شد و مرز بین این دو ناحیه پس از تحلیل نتایج حاصل از مدل های ارایه شده برای ناحیه ی پایین بدست می آید. برای محاسبه ی مقدار خطا و همبستگی نتایج بدست آمده از مدل های حاضر با نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون (1958)، نتایج تحلیلی چانسون (1994) و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام (1997 و 1999) از دو معیار و استفاده شده است. با استفاده از این دو معیار مشخص شد که نتایج بدست آمده از مدل های حاضر برای ناحیه ی پایین به نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام بسیار نزدیک است. به دلیل اغتشاش و آشفتگی زیاد در نزدیکی سطح جریان دوفازی، برای توزیع غلظت هوا در ناحیه ی بالایی جریان از توزیع تصادفی نمایی استفاده شده است. حداکثر خطای نتایج حاصل از توزیع تصادفی نمایی برای ناحیه ی بالا نسبت به نتایج آزمایشگاهی با استفاده از معیار خطای برابر 02/0 بدست آمد. با استفاده از توزیع غلظت هوای مدل پیشنهادی در معادله ی افت نسبی انرژی ارایه شده توسط چمنی و راجاراتنام برای سرریز پلکانی، افت نسبی انرژی در تنداب بین 44 تا 59 درصد بدست آمد.

در این مطالعه خصوصیات هیدرولیکی گرداب ، از قبیل افت انرژی ، عمق گرداب، طول گرداب و عمق جریان در کانال پائین دست شیب شکن قائم با جریان زیربحرانی در بالادست و شیب معکوس در کانال پائین دست مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. همچنین مشخص شد که جریان در کانال پائین دست شیب شکن می تواند زیربحرانی و یا فوق بحرانی باشد.معادله ای تجربی نیز برای پیش بینی رژیم جریان توسعه داده شد. همچنین توزیع فشار وارد بر کف شیب معکوس در اثر برخورد جت ضربه ای مسطح مورد آزمایش قرار گرفت. مطالعه اخیر از دو بخش تحلیلی و آزمایشگاهی تشکیل شده است. آزمایشها در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده عمران دانشگاه صنعتی اصفهان صورت گرفته است.دو مدل ریاضی برای بیان ویژگیهای کمی شیب شکن مورد استفاده قرار گرفته است . در مدل ریاضی اول فرضیات استفاده شده توسط محققین قبلی، برای مدل جدید تعمیم داده شده است. در مدل ریاضی دوم جت سقوط یافته با جت مستغرق شبیه سازی شده و بیشترین سرعت جریان بر روی محور جت، در نزدیکی دال کف کانال پائین دست از فرمولهای تجربی بدست آمده است.

در تحقیق حاضر، وضعیت پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش سرریزهای اوجی با شیب کف منفی مورد بررسی قرار گرفته است. در این زمینه ضمن معرفی نوع جدیدی از پرش بر روی سطح شیب دار بنام پرش نوع ‏‎b-f‎‏، که در آن پنجه پرش بر روی شیب مثبت بدنه سرریز قرار دارد و انتهای پرش بر روی شیب منفی حوضچه تشکیل می گردد، خصوصیات مربوط به این نوع پرش و پرش نوع ‏‎f‎‏ مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش های انجام شده نشان می دهد که افزایش شیب منفی کف در حوضچه های آرامش موجب کاهش نسبت عمق مزدوج و همچنین کاهش نسبت طول گرداب پرش به عمق اولی پرش در این نوع پرش ها می شود. در این تحقیق نشان داده شده است که در حوضچه های آرامش سرریزهای اوجی، خصوصیات جریان پرش هایی که در محل پنجه سرریز و همچنین در محدوده منحنی پای سرریز تشکیل می شوند، بسیار به یکدیگر شبیه است. خصوصیات جریان پرش هایی که بر روی شیب ثابت بدنه سرریز قرار می گیرند با یکدیگر مشابه است. پرش های آزمایش شده در این تحقیق، افت نسبی انرژی در پرش های نوع ‏‎b-f‎‏ نسبت به پرش های تشکیل شده بر روی بسترهای افقی کمتر می باشد. براساس ازمایش های انجام شده، رابطه های تحلیلی-تجربی برای محاسبه طول گرداب و عمق ثانویه پرش هیدرولیکی برای پرش های نوع ‏‎f‎‏ و ‏‎b-f‎‏ ارادئه شده است.

در تحقیق حاضر، خصوصیات پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش سرریز اوجی با شیب کف منفی که منتهی به پله مثبت می باشد، بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش شیب منفی ، سبب کاهش طول نسبی گرداب پرش و نسبت اعماق مزدوج می شود، اما اثر چندانی بر افت نسبی انرژی ندارد. چنانچه انتهای گرداب پرش داخل حوضچه آرامش قرار بگیرد، اثر ارتفاع پله مثبت بر نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش ، نامحسوس است. اگر انتهای پرش خارج از حوضچه قرار بگیرد افزایش ارتفاع پله مثبت ، سبب کاهش نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش می شود. خصوصیات پرش های تشکیل شده در محدوده انحنای پای سرریز بسیار شبیه هم می باشند. با انتقال پنجه پرش به نقاط بالاتر شیب ثابت بدنه سرریز، نسبت اعماق مزدوج و طول نسبی گرداب پرش به مقدار قابل توجهی افزایش و افت نسبی انرژی کاهش می یابد. براساس آزمایشهای انجام شده رابطه های نیمه تحلیلی برای محاسبه طول نسبی گرداب پرش و نسبت اعماق مزدوج ارائه شده است.