مطالعه آزمایشگاهی جریان فوق بحرانی در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی

وجود هرگونه تغییر هندسی مانند تبدیل در مسیر کانال های با جریان فوق بحرانی، موجب تغییر ناگهانی عمق و سرعت جریان و تشکیل امواج ضربه ای می شود. در این تحقیق، ارتفاع و سرعت امواج ضربه ای در تبدیل های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی با به کارگیری مدل های آزمایشگاهی بررسی شد. زاویۀ شیب جانبی دیواره ها 45، 60، 70 و 90 درجه و نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 به عنوان متغیرهای هندسی و همچنین چهار عدد فرود مختلف در محدوده 3.9-25.23 به عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش ها در نظر گرفته شد. تحلیل پروفیل های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه ای نشان می‌دهد که در حالت کلی، افزایش زاویۀ شیب جانبی دیوارۀ تبدیل، کاهش نسبت همگرایی و افزایش عدد فرود جریان رابطه ای مستقیم دارد با افزایش ارتفاع و سرعت امواج. نتایج تحقیق همچنین نشان می‌دهد که بیشینۀ ارتفاع امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای، به ازای نسبت همگرایی 1 به 2 و زاویه های شیب جانبی 45، 60 و 70 درجه، در مقایسه با مقطع مستطیلی، به طور میانگین به ترتیب به میزان 59.34، 44.27 و 24.04 درصد کاهش می‌یابد. همچنین، بیشینۀ سرعت امواج ضربه ای به ازای شرایط مذکور به ترتیب به میزان 37.51، 25.23 و 14.67 درصد کاهش می‌یابد. نظر به اینکه کانال های اجرایی عمدتاً با مقطع ذوزنقه ای ساخته می شوند، یافته های پژوهش حاضر برای مهندسان طراح می تواند بسیار سودمند باشد.

Experimental Investigation of Supercritical Flows in OpenChannels Contraction with Trapezoidal and Rectangular Sections

In the present research, height and velocity of shock waves in contractions of openchannel with trapezoidal and rectangular sections was investigated using experimental models. For this purpose, length of transition (0.5m), convergence ratio (1/2, 1/3 and 1/4) and side slope angle (45o, 60o, 70o and 90o) were considered as geometric variables of the experiments. Also 4 Froude number was assumed as a hydraulic variable of the experiments in the range of 3.259.23. Analysis of Free surface & velocity profiles of shock waves showed that in general, the increasing of side slope angle of the transition wall, reduction of convergence ratio, and increasing of Froude number have a direct relationship with the increasing height and velocity of shock waves. The results showed that in the contraction with trapezoidal section with the convergence ratio (1/2) and side slope angle (45o, 60o and 70o) compared with rectangular crosssection, on average maximum height of shock waves respectively decreased to: 59.34, 44.27 and 24.04. In the same condition the maximum velocity of shock waves respectively decreased to: 37.51, 25.23 and 14.67. As Executive channels mainly with a trapezoidal crosssection are building and operating, so the findings of this study can be very useful for design engineers.