با همکاری انجمن هیدرولیک ایران

تحلیل هیدرودینامیک جریان و ضریب دبی در سرریزهای با محیط متخلخل در شرایط روگذر آزاد

نوع مقاله : پژوهشی کاربردی

نویسندگان

گروه علوم ومهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده
در این پژوهش آزمایشگاهی، ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه‌پهن مستطیلی در دو حالت صلب و متخلخل (گابیونی) بررسی شد. در بخش مربوط به سرریز متخلخل، هشت آزمایش با دو طول مؤثر ۳۰ و ۶۰ سانتی‌متر و سه نوع دانه‌بندی با قطر متوسط ۱۱، ۱۹ و ۲۸ میلی‌متر اجرا شد. در مرحله نخست، با ایجاد شرایط جریان آزاد در پایین‌دست، ضرایب دبی برای سرریزهای صلب و گابیونی محاسبه و مقایسه شد. همچنین تغییرات پروفیل سرعت جریان و توزیع تنش برشی رینولدزی در محدوده هیدرولیکی سرریز ارزیابی شد. نتایج تحلیل پروفیل سطح آب نشان داد افزایش اندازه ذرات گابیون موجب کاهش مقاومت در برابر عبور جریان شده و در نتیجه برای دستیابی به شرایط جریان کاملاً روگذری، دبی بیشتری مورد نیاز است. در مقابل، در شرایط دبی ثابت، افزایش طول سرریز مقاومت هیدرولیکی را تقویت کرده و موجب افزایش بار هیدرولیکی بالادست می‏شود. بررسی ضرایب دبی نشان داد در دبی یکسان، با افزایش طول سرریز روند تغییرات ضریب دبی صعودی است. به طور میانگین، ضرایب دبی برای تخلخل‌های ۳۸، ۴۲ و ۴۵ درصد در طول ۳۰ سانتی‌متر به‌ترتیب 0/74، 0/82، 0/89 و در طول ۶۰ سانتی‌متر معادل 0/95، 1/0 و 1/20 محاسبه شد، درحالی‏که این مقدار در حالت صلب حدود 0/38 گزارش شد. با به‌کارگیری معادله همبستگی چندمتغیره و استفاده از مدل برنامه‌ریزی ژنتیکی بیان ژن (GEP) مبتنی بر تئوری تحلیل ابعادی، رابطه‌ای کارآمد برای محاسبه دبی عبوری بر روی سرریز گابیونی استخراج شد که ضریب تعیین آن برابر با 98 درصد حاصل شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

اسماعیلی، سیدعلیرضا، و گوهری، سعید، و حیدری، مجید. (1401). بررسی عوامل موثر در انتقال رسوب در جریان غیرماندگار. مهندسی عمران شریف، 38.2(1.1). 145-155. https://doi.org/10.24200/j30.2021.58434.2978.
هروی، زهرا، و اژدری مقدم، مهدی، و اسماعیلی، کاظم، و گیوه چی، محمد، و بحرپیما، عبدالحمید. (1403). ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد طرح جدید مدل‌های محافظ بستر(F-jacks)  دراطراف پایه پل بر اصلاح الگوی جریان. نشریه هیدرولیک، 19(1). 67-87. https://doi.org/10.30482/jhyd.2023.395247.1643.
Azamathulla, H. M., Ghani, A. A., Zakaria, N. A., & Guven, A. (2010). Genetic programming to predict bridge pier scour. Journal of Hydraulic Engineering, 136(3), 165–169. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000133.
Biabani, R., Salmasi, F., Nouri, M., & Abraham, J. (2022). Flow over embankment gabion weirs in free flow conditions. Journal of Hydro-Environment Research, 44, 65–76. https://doi.org/10.1016/j.jher.2022.03.003.
Chanson, H. (2006). Discussion of “Discharge through a permeable rubble mound weir” by Kohji Michioku, Shiro Maeno, Takaaki Furusawa, and Masanori Haneda. Journal of Hydraulic Engineering, 132(4), 432–433. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:4(432).
Dhahir, F. M., & Mohammed-Hasan, A. M. (2017). Using of hydraulic jump characteristics as criterion for energy dissipation in rectangular gabion weir. International Journal of Advanced Research, 5(7), 268–276. https://doi.org/10.21474/IJAR01/4953.
Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.
Fathi-Moghaddam, M., Sadrabadi, M. T., & Rahmanshahi, M. (2018). Numerical simulation of the hydraulic performance of triangular and trapezoidal gabion weirs in free flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 62, 93–104. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.05.005.
Heravi, Z., Moghaddam, M. A., Esmaili, K., Givehchi, M., & Bahrpeyma, A. (2024). Impact of installing new scour prevention countermeasure (F-jacks) around bridge pier on flow pattern and scour control. Ocean Engineering, 313, 119326. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.112838.
Kim, S., Singh, V. P., & Seo, Y. (2014). Evaluation of pan evaporation modeling with two different neural networks and weather station data. Theoretical and Applied Climatology, 117(1), 1–13. https://doi.org/10.1007/s00704-013-0985-y.
Khatibi, R., Salmasi, F., Ghorbani, M. A., & Asadi, H. (2014). Modelling energy dissipation over stepped-gabion weirs by artificial intelligence. Water Resources Management, 28(7), 1807–1821. https://doi.org/10.1007/s11269-014-0595-z.
Leu, J. M., Chan, H. C., & Chu, M. S. (2008). Comparison of turbulent flow over solid and porous structures mounted on the bottom of a rectangular channel. Flow Measurement and Instrumentation, 19(6), 331–337. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2008.03.004.
Michioku, K.,Maeno, S.,Furusawa, T., & Haneda, M. (2005). Discharge through a permeable rubble mound weir. Journal of Hydraulic Engineering, 131(1), 1–10. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:1(1).
Mohamed, H. I. (2010). Flow over gabion weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136(8), 573–577. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000217.
Rahmanshahi, M., & Shafai Bejestan, M. (2020). Gene-expression programming approach for development of a mathematical model of energy dissipation on block ramps. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(2), 04019033. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001426.
Roushangar, K., Akhgar, S., Salmasi, F., & Shiri, J. (2014). Modeling energy dissipation over stepped spillways using machine learning approaches. Journal of Hydrology, 508, 254–265. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.10.053.
Safarzadeh, A., & Mohajeri, S. H. (2018). Hydrodynamics of rectangular broad-crested porous weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 144(10), 04018028. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001347.
Sahu, C., Eldho, T. I., & Mazumder, B. S. (2023). Experimental study of flow hydrodynamics around circular cylinder arrangements using particle image velocimetry. Journal of Fluids Engineering, 145(1), 011302. https://doi.org/10.1115/1.4056024.
Salmasi, F., & Abraham, J. (2020). Discussion of “Hydrodynamics of rectangular broad-crested porous weirs” by Akbar Safarzadeh and Seyed Hossein Mohajeri. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(4), 07020003. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001450.
Salmasi, F., Sabahi, N., & Abraham, J. (2021a). Discharge coefficients for rectangular broad-crested gabion weirs: Experimental study. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(3), 04021001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001487.
Salmasi, F., Sattari, M. T., & Nurcheshmeh, M. (2021b). Genetic programming approach for estimating energy dissipation of flow over cascade spillways. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 45(1), 443–455. https://doi.org/10.1007/s40996-020-00541-3.
Sargison, J. E., & Percy, A. (2009). Hydraulics of broad-crested weirs with varying side slopes. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135(1), 115–118.  https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2009)135:1(115).
Shariq, A., Hussain, A., & Ahmad, Z. (2020). Discharge equation for the gabion weir under through flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 74, 101769. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101769.
Shariq, A., Hussain, A., & Ahmad, Z. (2022). Flow over gabion weir under free and submerged flow conditions. Flow Measurement and Instrumentation, 86, 102199. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2022.102199.
Yue, Z., Zhou, W., & Li, T. (2021). Impact of the Indian Ocean dipole on evolution of the subsequent ENSO: Relative roles of dynamic and thermodynamic processes. Journal of Climate, 34(9), 3591–3607. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0663.1.
Zahiri, A., & Najafzadeh, M. (2018). Optimized expressions to evaluate the flow discharge in main channels and floodplains using evolutionary computing and model classification. International Journal of River Basin Management, 16(1), 123–132. https://doi.org/10.1080/15715124.2017.1372442.
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.
دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 38
نوآوری و فناوری در مدیریت آب
زمستان 1404
صفحه 88-102

  • تاریخ دریافت 20 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 14 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش 15 شهریور 1404