بررسی تاثیر زبری سرریز استوانه‌ای روی خصوصیات جریان

سرریزهای استوانه ای یکی از انواع سرریزهای لبه پهن بوده، که دارای مزایایی چون الگوی پایدار جریان و سهولت عبور مواد شناور، سادگی طراحی و ساخت می باشند. تاکنون بررسی هایی روی هیدرولیک سرریزهای استوانه ای در حالت بدون زبری توسط محققین انجام شده است. و با توجه به اینکه زبری سطح بدنه سرریز با تاثیر بر لایه مرزی و محل جدایش جریان می تواند روی مقدار و ناحیه شکل گیری فشار منفی، درنتیجه بر هیدرولیک جریان تاثیرگذار باشد لذا در این تحقیق تاثیر ارتفاع زبری بدنه سرریز استوانه ای در ترکیبات مختلف قطر و دبی ورودی روی ضریب دبی، افت انرژی و زاویه تشکیل عمق بحرانی به صورت آزمایشگاهی بررسی و پس از تحلیل اثر قطر سرریز و دبی ورودی روی پارامترهای فوق، حاصل تحقیق با نتایج سایر پژوهشگران مقایسه شده است. گروه سرریزهای مورداستفاده متشکل از سه استوانه کامل به قطرهای 100، 150 و 200 میلی متر بود که برای هر قطر چهار حالت زبری پی وی سی، 1/5، 3 و 4/5 میلی متر مورد آزمون قرار گرفت. مقایسه نتایج نشان داد با بیشتر شدن ارتفاع زبری، ضریب دبی کاهش و افت انرژی افزایش یافته و محل تشکیل عمق بحرانی به سمت تاج متمایل می گردد. بطوریکه استفاده از زبری متوسط 4/5 میلی متر در مقایسه با زبری پی وی سی منجر به کاهش 10/7 درصدی ضریب دبی و افزایش 22/3 درصدی افت انرژی به صورت میانگین می شود. بعلاوه زاویه محل تشکیل عمق بحرانی به طور متوسط حدود 78/8 درصد به تاج نزدیک تر شده است. تاثیر زبری روی ضریب دبی در قطرهای کمتر سرریز بیشتر بوده درحالی که تاثیر زبری بر افت انرژی نامتاثر از قطر استوانه است. ضریب دبی و افت انرژی با بیشتر شدن قطر سازه کاهش می یابند و با بیشتر شدن دبی، ضریب دبی افزایش و افت انرژی کاهش می یابد و فاصله محل تشکیل عمق بحرانی از تاج بیشتر می شود. همچنین همخوانی خوبی بین نتایج مربوط به نسبت بدون بعد عمق روی تاج به عمق بحرانی (hcrest/hc)، با نتایج تحقیق چانسون و مونتس که در حالت بدون زبری انجام شد وجود داشت.

Investigation of cyliderical weir roughness on hydraulic characteristics

Cylindrical weir is one of the hydraulic structures used in open channels and reservoirs to regulate and control the water levels. Compared to the other shapes of structures, cylindrical weir has some advantages such as easy flowing of floating objects over it, simplicity of its design and construction, less loss, and greater discharge coefficient. Much work has been long done on the hydraulic of cylindrical weirs in nonroughness conditions. However, the effect of the roughness of the structure body that can affect discharge coefficient, flow loss, and formation of the critical depth as well as the characteristics of the boundary layer has received little attention and lack of comprehensive research on this is quite evident in previous studies. Therefore, in this study, the effect of roughness on the hydraulic of cylindrical weirs has been analyzed in details with different diameter, discharge and roughness in the laboratory and finally the obtained results was compared to other researchers. Experimental model is composed of full cylinder with three different diameters and four levels of roughness of PVC, 1.5, 3 and 4.5 mm for each diameter. The results shows that for the same cylinder and with the equal flow rate, an increase in the roughness of surface of the weir from PVC to 4.5 mm, results in a reduction of cd value around 10.7% and leads to an increase of energy loss about 22.3%. Moreover, it has been concluded that the critical depth formed about 78.8% closer to the crest. While the effect of roughness on the discharge coefficient in smaller diameters is more visible, the effect of roughness on energy loss doesn rsquo;t depend on the diameter of cylinder. Furthermore, there is a decreasing in cd and energy loss value with increasing of the cylinder diameter under the same surface roughness. By increasing of the inlet discharge, discharge coefficient increases and energy loss decreases and the distance of critical formation point from crest, increases. The achieved results regarding the dimensionless ratio of crest depth on the critical depth (Hcrest/Hc) is in conformity with the results achieved by chanson and montes`s research in the case of nonroughness.