بررسی آزمایشگاهی طرح سازه بیم های متقاطع در کنترل پرش نامتقارن نوع s مقاطع واگرای ناگهانی

انبساط مقطع می تواند راه حل مناسبی برای افزایش کار حوضچه های آرامش باشد. با این حال، در برخی از شرایط اجرایی، پدیده نامطلوب ناپایداری جریان می تواند منجر به جریان نامتقارن و تمرکز سرعت موضعی بیشتر در آبراهه (کانال) پایاب شود. این مقاله نتیجه انجام یک تحقیق تجربی با استفاده از چند سری تیرهای متقاطع، آزمایش شده در ترکیب بندی های هندسی و شرایط هیدرولیکی مختلف می باشد. در آغاز، اثربخشی این سامانه از نظر یکنواختی جریان و سرعت در بستر آبراهه تجزیه و تحلیل شد. کار سامانه، در شرایط پایاب با توصیف الگوهای جریان سه بعدی، با کاهش تدریجی سطح آب پایین دست  به 70%، 80% و 90% عمق پایاب در شرایط مرجع آزمایش شد. اندازه گیری سرعت های سه بعدی برای تعیین فراسنجه های یکنواختی جریان، ضریب های مومنتم و انرژی، تجزیه و تحلیل توزیع سرعت های سه بعدی،  انرژی جنبشی آشفتگی، بررسی های تکمیلی توسعه تمرکز خطوط هم تنش و افت انرژی پرش در شرایط آزمایش های مرجع و ترکیب بندی های بهینه، بررسی شد. نتایج نشان داد که افزون بر روند کیفی همانند β و α، که ضریب های تصحیح انرژی جنبشی و مومنتم به عنوان فراسنجه های اساسی بررسی یکنواختی جریان می باشند، همچنین مشاهده شد که سازه هدررفت انرژی در همگن سازی موثر جریان، حتی در شرایط سطح آب پایین دست متغیر نیز دارای عملکرد مطلوبی است. در جریان آشفته پس از سازه، برای فرود 9.5 و سه ترکیب بندی بهینه ، نوسان های سرعت در راستای افقی، عرضی و عمقی محاسبه شد و تغییرپذیرهای انرژی جنبشی آشفتگی (tke) در برابر z/yt نشان داده شد و مشخص شد، تمرکز بیشترین میزان tke درحالت پایاب hs0.9 قرار دارد. در بررسی خطوط تمرکز، میزان های 0.6~0.3≡ tke  درحدود 14.48 درصد بزرگی میزان های انرژی جنبشی آشفتگی جریان را دارا می باشند. در نهایت تحلیل افت انرژی نسبی پرش با استفاده از بیم های متقاطع نشان داد که بیشترین افت انرژی در ترکیب بندی 3 و در مقایسه با شرایط مرجع که روند افزایشی افت انرژی نسبی در آن تا فاصله 2 متری با شیب 11.41 ادامه دارد، به طور میانگین به میزان 44.78 درصد افزایش افت انژی نسبی را موجب می شود. لذا این سازه هدررفت انرژی با وجود انبساط مقطع و در عین پرهیز از گذاری های زیانبار آن توصیه می شود.

laboratory study of crossbeam structural design in control of asymmetric s- type jump of sudden expansion sections

introduction this paper presents an experimental study on a proposed dissipation structure, which consists of a series of cross beams, tested in different geometric configurations and hydraulic conditions. first, the effectiveness of this system was analyzed in terms of uniformity of flow and bed velocity and while, observing the dissipating mechanisms, in the next step, the system performance under variable tail water conditions by describing the three-dimensional flow patterns observed in the downstream channel with a gradual decrease in downstream level to 70%, 80% and 90% of tail water depth in the conditions the reference experiments were tested. measurement of three-dimensional velocities to determine the parameters of flow uniformity, momentum and energy coefficients, and analysis of three-dimensional velocity distributions, turbulent kinetic energy, and supplementary studies on the development of isothermal line concentration and drop energy losses of reference experiments and optimal case compositions were examined. the results showed that in addition the similar qualitative trends of β and α, the flexibility of the dissipation structure has a high efficiency in the effective homogenization of the flow in the abrupt expansion channel, even in the downstream water level conditions.methodology the experiments were performed in the hydraulic laboratory of shahid chamran university of ahvaz and in a horizontal rectangular open channel with a length of 12 m and a width of 1 m with a height of 0.87 meters. flow supply was provided through an open tank with dimensions of 7 m by 5 m at a height of 2.5 m. hydraulic s-jump was performed with sudden expansion and design and construction of ogee weir. with the formation of s-jump, the conditions for the depth of hs downstream in the end control section were set, equal to 0.19, 0.15 and 0.11 m, respectively, to create three 7.4, 8.7 and 9.5 froude numbers. measurement of longitudinal velocity at a fixed height of 0.5 cm from the bottom of canal and longitudinal sections of 0.25 from each other in the first 2 m of downstream canal, and the other ones at distances of 2.5, 3, 4, 6 and 8 m from sudden expansion. finding the best configurations to achieve a uniform flow and reduce the velocity distribution was done in most of the critical areas downstream of structure. for the levels of reference experiments, 54 geometries of the energy dissipation system with different configurations of beam distances, s, number of beams, n, hb height, position of the first beam from expansion, p, and slope of the system, θ, were investigated. each component of the structure includes an i-shaped beam, with a flange width of 1.5 to 2.5 cm, depending on the hb, in the direction of the channel width and vertically in the direction of the main stream. results and discussion the results showed the values of βb and vmb2. βb calculated for three froude numbers and different geometric parameters of the system, which means the absolute distance of 1.65, 1.85, and 2.55 meters from the expansion section for p = 0.4, 0.6, and 0.8 meters, respectively the effectiveness of the system (beam configurations) in homogenizing the flow and reducing the bed velocity is clearly evident, even for the worst performance settings. when using the structure, the mean βb is almost less than 1.1 with vmb2; the corresponding βb was measured to be approximately 0.1 m2/s2. according to the observed efficiency of the beam system, 3 of the best performance settings of the structures were selected for fr = 9.5 (which was the most difficult situation regarding the energy characteristics of the input current) to the flow characteristics along with the flow and downstream of the structure. energy dissipation should be fully described.