اندازه‌گیری جریان روی شیب تند با استفاده از سرعت‌سنجی بزرگ مقیاس تصویری ذرات lspiv

اندازه‌گیری جریان در آبراهه‌های روباز همواره یکی از مهم‌ترین موضوعات مد نظر متخصصین علم هیدرولیک بوده است. به‌منظور اندازه‌‌گیری دبی در آبراهه‌‌ها به روش سرعت-مساحت اندازه‌گیری سرعت متوسط جریان ضرورت دارد. اما به کارگیری روش های تماسی مثل استفاده از مولینه برای اندازه‌گیری سرعت همیشه میسر نیست و در مواقع سیلاب و هم‌چنین برای جریان‌های کم‌عمق استفاده از این روش‌ها امکان پذیر نمی‌باشد. رویکردی که اخیراً به‌عنوان یک گزینه غیرتماسی برای اندازه‌گیری جریان در مجاری روباز مورد توجه قرار گرفته است استفاده از روش‌های سرعت‌سنجی مبتنی بر تصویربرداری از سطح جریان می‌باشد. از جمله این روش ها گونه ای از روش piv  موسوم به lspiv است که به‌دلیل حذف ضرورت استفاده از لیزر طرفداران زیادی پیدا کرده است. در این مطالعه برای اندازه‌گیری میدان دو بعدی سرعت روی سطح جریان فوق‌بحرانی پر شیب و توربولنت از lspiv بهره‌گیری شد. از داده‌های سرعت حاصله برای محاسبه شاخص سرعت (vi) که برای تبدیل سرعت سطحی به سرعت متوسط مقطع و اندازه‌گیری دبی جریان به‌کار می‌رود استفاده گردید و تاثیر تغییرات استغراق نسبی در سه شیب مختلف روی این شاخص بررسی شد. هم‌چنین میدان سرعت سطحی متوسط زمانی برای استغراق‌‌های مختلف به‌صورت کمی مقایسه شد. مقادیر شاخص سرعت به‌دست آمده در این تحقیق در محدوده 612/0 تا 784/0 با مقدار متوسط 701/0 هستند که این مقدار متوسط با مقدار متداول 85/0 حدود 17 درصد اختلاف دارد. در پایان نیز روابطی برای برآورد مقدار شاخص سرعت و متعاقباً دبی جریان با استفاده از استغراق نسبی پیشنهاد و ملاحظه گردید که روش پیشنهادی منجر به برآورد قابل قبول مقادیر دبی می‌شود.

flow measurement in steep channels using large scale particle image velocimetry (lspiv)

measuring flow discharge in rivers and open channels has always been one of the most important concerns of water sciences experts. the most common flow measurement method in open channels is velocity- area approach. an approach recently considered as a non-contact option for measuring flow is the use of surface flow image velocimetry methods. recently, the standard piv method has been used to measure the velocity at larger scales and on the flow surface, which is referred to as the lspiv (bieri et al., 2009).the most common way of converting the surface velocity to the depth-averaged velocity is to use a coefficient called the velocity index (vi) which is in fact the ratio of the depth-averaged velocity to the surface velocity. in the literature, the value of the velocity index for river flows and laboratory flumes, which were mainly studied for subcritical conditions, is believed to be equal to 0.85, which seems to be an accepted value for this index among the hydraulics communities.in this research, an image velocimetry technique was used to study the flow characteristics, determine the velocity index and investigate the surface flow pattern. the instantaneous surface velocity field was measured using the lspiv method and then a two-dimensional time-averaged velocity map was obtained for different experiments providing the possibility of comparing the flow pattern in different scenarios. furthermore, by means of spatial averaging of the time-averaged velocity map, the double averaged surface velocity  was obtained using which and the cross-sectional mean velocity the velocity index was calculated. therefore, the effect of channel slope and relative submergence on the velocity index was investigated and relationships were proposed to estimate the vi in steep slopes.