تخمین تنش برشی مرزی در کانال‌های مستطیلی صاف با در نظر گرفتن اثر گرادیان سرعت

تخمین مقاومت هیدرویکی جریان در کانال های روباز به واسطۀ وجود جریان‌های ثانویه و لزجت گردابی همواره با چالش جدی مواجه بوده است. به واسطۀ وجود اثر جداره‌ها بر موقعیت سرعت حداکثر، تعیین سهم لوله‌های جریان در بستر و جداره با خطا مواجه است. برای این منظور در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش ترسیم تطابقی و رسم خطوط‌ هارمونیک جریان و پتانسیل، سهم لوله‌های جریان در بستر و جداره تخمین زده شده؛ پس از آن، با حذف اثر عوامل ایجادکنندۀ گرادیان سرعت در نتایج ساده شدۀ حل توام معادلات پیوستگی و ممنتم، مقادیر تنش برشی حاصل از وزن لوله‌های جریان در بستر و جداره‌ها محاسبه گردید. از مقایسۀ نتایج حاصل از روش ترسیم تطابقی با نتایج آزمایشگاهی اندازه‌گیری مستقیم تنش برشی، میزان اندرکنش گردایان سرعت بر نتایج تنش برشی به روش ترسیم تطابقی تعیین گردید. بررسی ها نشان می دهد که با افزایش نسبت ظاهری، اثر گرادیان سرعت کاهش می‌یابد، به گونه ای که با افزایش نسبت ظاهری از 1 به 20 ، میزان اثر گرادیان سرعت بر تخمین تنش برشی بستر به ترتیب از 7 به 1 درصد  و در جداره از 15 به 3 درصد کاهش می‌یابد. سرانجام با ارائۀ روابطی مقادیر تدقیق شدۀ تنش برشی در بستر و جداره معرفی شده اند.

Estimation of Boundary Shear Stress in Smooth Rectangular Open Channel by Considering the Effect of Velocity Gradient

The estimation of hydraulic resistance of the flow in open channels has always faced a serious challenge because of presence of secondary currents and vortex viscosity. Determination of contribution of flow pipes in the bed and the wall is faced with error, due to effects of the walls on the maximum velocity position. In this study, the contribution of the flow pipes in the bed and the wall was approximated by using conformal mapping method and by plotting harmonic lines of current and potentials. Then, the shear stresses obtained from the weight of tube pipes in the bed and the walls were calculated by eliminating the effect of the velocity gradient factors in the simplified results of solving the conjugation and momentum equations. The rate of interaction of velocity gradient on shear stress results of the conformal mapping was determined by comparing the results of conformal mapping method with that of experimental results of direct shear stress measurement. Investigations have shown that the effect of the velocity gradient decreases with increasing aspect ratio, so that with increasing aspect ratio from 1 to 20, the effect of the velocity gradient on the shear stress of the bed has been reduced from 7 to 1 percent, and in the wall from 15 to 3 percent. Finally, measured values of shear stress in the bed and the wall were introduced by presenting some equations.