بررسی ارتفاع امواج ضربه‌ای در تبدیل‌های همگرای کانال‌ روباز

تبدیل های همگرا در جریان های فوق بحرانی کاربردهای گسترده ای دارند. از جمله آن می توان به انتقال جریان از کانال های آبگیر سدها به سرریزهای تونلی، کاهش عرض کانال در تندآب ها و کاهش زمان انتقال جریان در کانال های انتقال سیلاب اشاره کرد. جریان فوق بحرانی در تبدیل های همگرا همراه با ایجاد امواج ضربه ای می باشد. در این تحقیق ارتفاع امواج ضربه ای در تبدیل های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی با به کارگیری مدل های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. طول دیواره تبدیل 1، 0.75 و 0.5 متر، نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 و زاویه شیب جانبی دیواره ها 35، 45، 60، 70 و 90 درجه به عنوان متغیرهای هندسی و همچنین هفت عدد فرود مختلف در محدوده 925.23/3 به عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش ها در نظر گرفته شد. مقادیر ارتفاع امواج ضربه ای در نقاط مختلف جبهه موج اندازه گیری گردید. سپس اثر پارامترهای بی بعد به دست آمده از تحلیل ابعادی بر روی ارتفاع امواج ضربه ای در طول تبدیل بررسی شد. نتایج حاکی از آن بود که در حالت کلی افزایش زاویه شیب جانبی دیواره تبدیل، کاهش نسبت همگرایی، کاهش طول دیواره تبدیل و همچنین افزایش عدد فرود جریان رابطه مستقیم با افزایش ارتفاع موج دارد. در نهایت رابطه ای برای محاسبه ارتفاع امواج ضربه ای در هر نقطه از تبدیل های همگرا براساس پارامترهای بی بعد با ضریب تبیین 89% ارائه شد. همچنین نتایج نشان داد که طول دیواره تبدیل موثرترین پارامتر هندسی بر روی ارتفاع امواج ضربه ای می باشد.

Investigation of Shock Waves Height in Contractions of OpenChannel

Contractions have many uses in supercritical flows, such as flow conveyance from intake channels of dams to tunnel spillways, reduction of chutes width and reduction of flow conveyance time in the flood conduits. In supercritical flows shock waves form at contractions. In this research, height of shock waves in contractions of openchannels with trapezoidal and rectangular sections was investigated using experimental models. For this purpose, transition wall with the lengths of 1, 0.75 and 0.5m, convergence ratio with the values of 1/2, 1/3 and 1/4 and side slope with the angles of 35o, 45o, 60o, 70o and 90o were considered as geometric variables of the experiments. Also Froude number was assumed as a hydraulic variable of the experiments in the range of 3.259.23. The values of shock waves height were measured in various points of wave front. Then effect of dimensionless parameters achieved by dimensional analysis was investigated on the height of shock waves formed in the transitions. In general, the results showed that increasing the side slope angle of the transition wall, reduction of convergence ratio, and reduction of the transition wall length and increasing of the Froude number had a direct relationship with increasing the wave height. Finally, an equation with R2=0.89 was recommended using the dimensionless parameters for computing the height of shock waves at any point of contractions. Also, the results showed that the most effective parameter on height of shock waves was the length of transition wall.