کاربرد سازه استوانه ای نسبت به سازه های با اشکال دیگر (مثلثی، مستطیلی و ...) دارای مزایایی چون هزینه کم، طراحی آسان، سهولت ساخت و ضریب دبی بالاتر می باشد. تحقیق حاضر بر هیدرولیک جریان آزاد عبوری از سازه استوانه ای متحرک در راستای عمود بر جهت جریان که با جابه جایی آن سه سازه سرریز، سرریز- دریچه و دریچه استوانه ای نمود می یابد، متمرکز شده است. در این مطالعه پارامترهای اصلی تأثیر گذار بر ضریب دبی جریان عبوری (cd) به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. به علاوه افت انرژی جریان عبوری نیز به کمیت در آمده است. پارامترهای تأثیر گذار بر سیستم مورد مطالعه در قالب شناسه های بدون بعد و توابع مورد نظر با استفاده از تئوری پای باکینگهام به دست آمده اند. آزمایش ها در یک کانال آزمایشگاهی مستطیلی به طول 7.5 متر، عرض 0.4 متر و عمق 0.46 متر بر بستر صاف و صلب با شیب طولی 0.0001 در آزمایشگاه هیدرولیک گروه عمران و محیط زیست دانشگاه اوستفالیا- آلمان، انجام شده اند. مدل های فیزیکی استوانه ای از جنس لوله های پلاستیکی (pvc) با قطرهای 50، 75، 110 و 125 میلی متر مورد استفاده قرار گرفتند. آزمایش ها در هفت ارتفاع بازشدگی دریچه مختلف بین صفر تا 60 میلی متر در اثر جابه جایی سازه در راستای عمود بر جهت جریان و دبی های متفاوت صورت گرفته است. حالت سرریز و آستانه حالت دریچه استوانه ای، ارتفاع بازشدگی ها و دبی های مورد مطالعه را در هر آزمایش تعیین می کنند. نسبت قطر سازه به عرض کانال محدوده 0.1 تا 0.4 را پوشش داده است. آزمایش ها در شرایط جریان آزاد انجام شده است و جریان ورودی محدوده عدد فرود بادلادست 0.12 تا 0.58 و عدد رینولدز بالادست 30000 تا 62000 را در برگرفته است. به عبارت دیگر، در آزمایش ها جریان ورودی به صورت زیربحرانی- آشفته بوده است. نتایج مطالعه حاضر حاکی از آن است که تغییرات ارتفاع بازشدگی دریچه با ضریب دبی جریان عبوری از سازه رابطه عکس داشته، به گونه ای که با جابه جایی سازه استوانه ای در راستای عمود بر جهت جریان، بیشترین ضریب دبی در سرریز استوانه ای در محدوده 1.2 تا 1.41 و کمترین ضریب دبی در دریچه استوانه ای در محدوده 0.4 تا 0.92 به دست آمده است، همچنین مشاهده شده است که ضریب دبی سازه ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در محدوده 0.6 تا 1.2 متغیر بوده است. به علاوه نتایج نشان داده اند که میزان افت انرژی با تغییرات ارتفاع بازشدگی دریچه رابطه عکس داشته به نحوی که بیشترین میزان افت انرژی در سرریز استوانه ای در محدوده 0.03 تا 0.1 متر و کمترین میزان افت انرژی در دریچه استوانه ای در محدوده 0.004 تا 0.062 متر به دست آمده است، همچنین مشاهده شده که مقدار افت انرژی سازه ترکیبی سرریز- دریچه استوانه ای در محدوده 0.025 تا 0.1 متر متغیر بوده است. رابطه عکس حاکم میان افت انرژی و تغییرات ارتفاع باشدگی دریچه این گونه قابل استدلال است که با حرکت سازه به سمت بالا (افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه) ضمن عبور جریان از زیر دریچه انحنای خطوط جریان در بالادست و پایین دست سازه کاهش می یابد، که منجر به کاهش افت انرژی جریان عبوری می گردد. به علاوه تغییرات قطر سازه استوانه ای با تغییرات ضریب دبی رابطه عکس و با تغییرات افت انرژی رابطه مستقیم داشته و این گونه قابل استدلال است که افزایش قطر سازه سبب کشیده شدن تیغه جریان از روی سرریز به زیر دریچه شده و عدم همسو بودن آن با جریان عبوری از دریچه موجب افزایش افت انرژی و متعاقب آن کاهش ضریب دبی می گردد. برازش های تجربی جهت به کمیت در آوردن رفتار ضریب دبی و دبی جریان عبوری از سازه استوانه ای متحرک در راستای عمود بر جهت جریان نیز ارائه شده است.

در این تحقیق یک سازه با عملکرد همزمان تنظیم سطح آب و آبگیری، به عنوان آبگیر استوانه ای متحرک روزنه دار توسعه داده شده و به بررسی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی آن پرداخته شده است. در آبگیر های فعلی دو سازه جداگانه شامل سازه های تنظیم سطح آب و آبگیر برای کاهش نوسانات سطح آب بالادست سازه و داشتن دبی آبگیری کنترل شده با تغییرات دبی در کانال اصلی مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر آن در آبگیرهای مذکور مشکلاتی مانند میزان افت زیاد جریان و رسوب گذاری وجود داشته که در آبگیر معرفی شده، این مشکلات تاحدودی کاهش یافته است. در تحقیق فوق، پارامترهای موثر بر هیدرولیک این سازه (مستخرج از تئوری باکینگهام)، شامل قطر بدنه استوانه ای، میزان بازشدگی دریچه، دبی کانال اصلی، دبی انحراف یافته، عمق آب بالادست و شکل روزنه، مورد آزمایش قرارگرفته است. به طورکلی این تحقیق به سه بخش اصلی تقسیم گشته که شامل: (1) آنالیز هندسی، ابعادی و تحلیلی به منظور استخراج یک تئوری بنیادی قوی برای مطالعه و بررسی سازه (2) بررسی آزمایشگاهی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی ساری روی فلومی به طول 10 و عرض 3/0 متر در محدوده دبی4/0 تا 44 لیتر بر ثانیه برای آبگیر استوانه ای با روزنه های مستطیلی و دایره ای شکل با قطر بدنه استوانه¬ای درمحدوده 90- 150 میلی متر و قطر لوله انتقال ثابت 30 میلی متر برای تمام آزمایش ها به منظور بررسی تأثیر پارامترهای دبی کانال اصلی، قطر بدنه استوانه ای، عمق آب بالادست سازه، میزان بازشدگی دریچه و شکل روزنه روی دبی آبگیری انجام شده که محدوده عدد رینولدز و فرود در این آزمایش ها به ترتیب 1600-200000 و 1/0-45/0 به دست آمد. (3) آزمایش هایی که در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی عمران دانشگاه دانشگاه اوستفالیای آلمان روی فلومی به طول 7.5 و عرض 3/0 متر در محدوده 3/0-20 لیتر بر ثانیه با استفاده از سرریز استوانه ای با قطر ثابت 75 میلی متر به عنوان سازه آبگیر و سه حالت بدون لوله انتقال، با لوله انتقال با قطرهای 2 و 3 سانتی متر به منظور بررسی نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال روی دبی آبگیری و ضریب دبی روزنه انجام گردید. بر اساس نتایج به دست آمده از بخش تئوری، بهترین محل محور دوران سازه، در فاصله d/2 (شعاع لوله آبگیر) از محیط استوانه بوده که می تواند حداکثر نوسان ارتفاعی سازه در راستای قائم را محقق سازد. با توجه به لزوم آبگیری در تمام حالات عملکرد هیدرولیکی استوانه (سرریز، سریز- دریچه و دریچه) و ایجاد ارتفاع آب مناسب روی روزنه ها، بر اساس تحلیل ریاضی، مناسب¬ترین موقعیت آنها در نزدیکترین محل به محور لوله آبگیر تعیین گردیده است. همچنین، نتایج بخش اول آزمایش ها نشان می دهد که در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز برای تمامی نمونه های آزمایش شده با افزایش دبی کل، دبی آبگیری ابتدا افزایش، سپس روندی کاهشی به خود میگیرد. به طوری که درمقدار دبی های زیاد کانال اصلی مقدار دبی آبگیری بسیار کمتر از دبی آبگیری در دبی های کم می گردد، در حالت آبگیری از عملکرد هیدرولیکی سرریز- دریچه با بازشدگی زیاد، دبی آبگیری آبگیر استوانه ای با روزنه¬های مستطیل شکل بیشتر از دبی آبگیری آبگیر با روزنه های دایره ای شکل و در حالت آبگیری از عملکرد سرریز و سرریز-دریچه با بازشدگی کم، عکس آن صادق می باشد. به علاوه، با استفاده از این سازه در محدوده وسیعی از تغییرات دبی در کانال اصلی می توان دبی آبگیری را با چرخش سازه و تغییر عملکرد هیدرولیکی آن ثابت نگه داشت. در نهایت، براساس نتایج بخش دوم آزمایشات که به منظور تأثیر نسبت مساحت روزنه های ورودی به مساحت لوله انتقال انجام شد، در یک مقدار هد ثابت آب روی روزنه با کاهش نسبت مساحت ورودی به مساحت لوله انتقال ضریب دبی روزنه افزایش یافته و حداکثر ضریب دبی زمانی رخ می دهد که قطر لوله انتقال برابر با قطر بدنه استوانه ای می باشد.