پیش‌بینی ابعاد حفره آبشستگی پایین‌دست سرریز سیفونی تحت شرایط مستغرق

در این تحقیق، ضمن بررسی آزمایشگاهی حفره‌ی آبشستگی در پایین‌دست مدل فیزیکی سرریز سیفونی، معادلاتی برای پیش‌بینی توسعه آبشستگی تحت شرایط مستغرق ارائه شده است. یک مدل آزمایشگاهی سرریز سیفونی همراه با سه باکت با زوایای 30، 45 و 60 درجه برای سه نوع مواد رسوبی با اندازه‌ی متوسط 8.1، 3.7 و 1.4 میلیمتر برای مطالعه‌ی روند شکل‌گیری چاله‌ی آبشستگی مورد استفاده قرار گرفتند. به ازای چهار دبی 39.2، 42.12، 45.12 و 49.76 لیتر بر ثانیه و پنج عمق پایاب 15، 20، 25، 30 و 35 سانتیمتر مشخصات هندسی چاله‌ی آبشستگی در قالب یک شبکه‌بندی 10×10 سانتیمتری برداشت گردید. به کمک تحلیل ابعادی سه پارامتر بی‌بعد برای تحلیل نتایج آزمایشگاهی استخراج شدند. از بین مشخصات حفره‌ی آبشستگی پارامترهای عمق حفره (ds)، طول حفره (ls) و فاصله تپه‌ی پایین‌دست تا لبه باکت پرتابی (l6) مدلسازی عددی شدند. نتایج نشان داد افزایش دبی جریان منجر به افزایش و توسعه همزمان خصوصیات هندسی حفره آبشستگی می‌شود. افزایش اندازه‌ی ذرات رابطه‌ی معکوسی با سه بعد حفره نشان داد. همچنین، کاهش زاویه‌ی پرتابی باکت منجر به کاهش ds، ls و l6 شد. بیشترین ضریب همبستگی بین عمق، طول حفره و فاصله تپه‌ی پایین‌دست تا لبه‌ی باکت به ترتیب با پارامترهای اندازه ذرات، زاویه پرتاب باکت و دبی/پایاب به دست آمد. در نهایت معادلاتی برای پیش‌بینی ابعاد فوق‌الذکر برحسب سه پارامتر بی‌بعد ارائه گردید.

Prediction of Scour Hole Dimension Downstream of Siphon Spillway Under Submerged Condition

In this research work, besides analyzing the scour hole at the downstream of the siphon spillway physical model, some equations have been presented to predict scour hole developing. A physical model of siphon spillway along with three flip buckets of angle 30°, 45° and 60° for three types of sedimentary materials of mean size 1.8, 3.5 and 1.4 (mm) were used to study scour hole formation process. Geometric characteristics of the scour hole were collected for four flow discharges of 39.2, 42.12, 42.12, 49.76 (lit/s) and five tailwater depths of 15, 20, 25, 30 and 35 (cm) using a mesh grid size of 10 (cm) ×10 (cm). Three dimensionless parameters were extracted for analyzing experimental results using dimensional analysis. Of all scour hole dimensions, scour depth (ds), scour length (Ls) and distance of downstream hill up to bucket lip (L6) were adjusted for numerical modeling. Results showed that increasing flow rate causes growth and developing of scour hole geometric properties simultaneously. Increasing the particle size showed an inverse relationship with three dimensions of the scour hole. Also, the reduction of the bucket’s angle led to a reduction in ds, Ls and L6. The maximum correlation coefficient obtained between ds, Ls and L6 with particle size, flip bucket angle and discharge/tailwater, respectively. Finally, predictors were presented to describe abovementioned dimensions of scour hole dimensions.