به کوشش

رضا رضائی

 

در طراحی و ساخت سرریزها همواره موضوع استهلاک انرژی از اهمیت خاصی برخوردار بوده است. در این راستا روش های متعددی جهت ارتقاء راندمان مطمئن استهلاک انرژی انجام شده است که بسته به نوع سرریز ممکن است این استهلاک در انتهای آن صورت پذیرد، مانند استفاده از حوضچه های آرامش، جام پرتابی و… ، و یا در طول سرریز رخ دهد، همانند سرریز های پلکانی و پله حوضچه ای که باعث کوچکتر و یا حذف شدن حوضچه آرامش می گردد. در همین راستا در تحقیق حاضر طرح سرریزی پیشنهاد می گردد که استهلاک انرژی آن بالغ بر 90% و این استهلاک در طول آن صورت می گیرد. طرح هندسی این سرریز به صورت یک شفت قائم مستطیلی است که در دو وجه روبروی هم (دو وجه موازی با محور سد) دارای دندانه هایی پله مانند در فواصل مختلف می باشد که جریان خروجی از سد به صورت زیگزاگ و آبشار مانند در طول این شفت به سمت پایین حرکت می کند و در این مسیر به صورت یک جریان دوفازی کاملاً مغشوش و هواگیری شده در می آید و در نهایت از سازه انتهایی آن خارج می شود. به دلیل همین فرم هندسی خاص نام شفت دندانه ای برای آن انتخاب شده است. مطالعه طرح مذکور به صورت مدل سازی آزمایشگاهی بوده است که در آن با ترکیب 3 اندازه مختلف برای هر کدام از ابعاد شفت قائم، ابعاد دندانه ها و فواصل آنها از یکدیگر و یک حالت شفت بدون هیچ دندانه ای از جنس شیشه و قاب فلزی در 28 طرح هندسی مختلف ساخته شده است. در تمامی این مدلها ارتفاع و عرض شفت قائم ثابت و به ترتیب برابر با 5/3 و 30/0 متر می باشدکه در هشت دبی 5، 10، 15، 20، 25، 30، 35 و 40 لیتر بر ثانیه، جمعاً در224 حالت مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج مطلوبی از نظر راندمان استهلاک انرژی بدست آمده است. نتایج حاکی از آن است که میزان استهلاک انرژی که در طول این سرریز رخ می دهد بالغ بر 90% میرسد.

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                         صفحه

 

فصل اول: مقدمه

1-1- کلیات…………………………….. 2

1-2- انواع سرریز ………………………. 3

1-3- هدف تحقیق ………………………… 5

1-4- اهمیت تحقیق……………………….. 7

1-5- نو آوری…………………………… 8

1-6- گفتار های پایان نامه……………….. 8

 

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشتگان

2-1-کلیات……………………………… 11

2-2- سازه های ریزشی…………………….. 11

2-2-1- مکانیزم برخورد درسازه های برخوردی… 14

2-3 -سازه های ریزشی گردابی………………. 19

2-3-1- سازه ورودی…………………….. 20

2-3-2- معادله دبی…………………….. 20

2-3-3- شفت ریزشی گردابی با تیغه های راهنما. 21

2-3-3-1- جریان در شفت………………… 22

 

فصل سوم: شفت دندانه ای

3-1- کلیات…………………………….. 28

3-2- ساختار سرریز شفت دندانه ای………….. 29

 

عنوان                                         صفحه

 

فصل چهارم: ساختار آزمایشی تحقیق

4-1- کلیات…………………………….. 31

4-2- سیمای مجموعه آزمایشگاهی…………….. 32

4-3- تجهیزات اندازه گیری………………… 36

4-3-1 فلومتر الکترو مغناطیسی فلنجی مگاب 3000    36

4-3-2- دور سنج لیزری………………….. 37

4-3-3- چرخ آبی مدور…………………… 37

4-3-4- پیزومتر مخزن آرامش در بالا دست شفت سرریز  38

4-3-5- دور سنجی چرخ آبی در ابتدای خروجی شفت 38

4-4- مدلهای هیدرولیکی……………………………………………………………………………………. 39

4-5- آنالیز ابعادی و تعیین پارامترهای موثر………………………………………………………………………………………. 53

4-6- روش چرخ آبی مدور و کالیبراسیون آن به منظور ارزیابی جریان دوفازی………………………………… 56

4-7- سرعت دورانی چرخ آبی و ارتباط آن با استهلاک انرژی  58

4-8- محاسبه انرژی با قیمانده جریان در خروجی سرریز و میزان استهلاک

انرژی در هر مدل………………………… 68

4-10- زمان تحقیق……………………….. 70

 

فصل پنجم: تجزیه و تحلیل نتایج

5-1- کلیات…………………………….. 72

5-2- ارزیابی میزان استهلاک انرژی شفت دندانه ای و بررسی کارایی آن……………………………………. 73

5-2-1- بررسی و مقایسه مدلها از نظر هیدرولیکی. 99

5-3- نتایج حاصل از مقایسه مدلهای مختلف با یکدیگر جهت ارائه

طرح بهینه……………………………… 102

5-4-پوشهای جریان در مدلهای مختلف…………. 104

 

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات

6-1- نتیجه گیری………………………… 119

6-2- پیشنهادات…………………………. 120

 

فهرست منابع و مأخذ……………………….. 121

 

 

 

فهرست جدول ها

 

 

عنوان                                         صفحه

 

جدول 4-1: خلاصه ابعادی آزمایشهای صورت گرفته بر روی شفت تیپ 1 44

جدول 4-2: خلاصه ابعادی آزمایشهای صورت گرفته بر روی شفت تیپ 2 48

جدول 4-3: خلاصه ابعادی آزمایشهای صورت گرفته بر روی شفت تیپ 3 ……………………………………….. 52

جدول 4-4: خلاصه ابعادی آزمایشهای صورت گرفته بر روی شفت بدون دندانه ……………………………………….. 52

 

جدول 4-5 : رابطه دبی و عمق متوسط در کانال با شیب 3%……………………………………….. 59

جدول 4-6 : رابطه دبی و عمق متوسط در کانال با شیب 5%……………………………………….. 60

جدول 4-7 : رابطه دبی و عمق متوسط در کانال با شیب 8%……………………………………….. 61

جدول 4-8 : رابطه دبی و عمق متوسط در کانال با شیب 10%……………………………………………………. 62

جدول 4-9 : رابطه دبی و عمق متوسط در کانال با شیب 13.8%….. 63

جدول 4-10 : مشخصات هیدرولیکی جریان برای حالت فاصله چرخ آبی از کف

کانالmm 6-کل دبیها و شیبها……………….. 64

جدول 4-11 : مشخصات هیدرولیکی جریان برای حالت فاصله چرخ آبی از کف

کانالmm 30-کل دبیها و شیبها………………. 65

جدول 4-12 : مشخصات هیدرولیکی جریان برای هر دو حالت فاصله چرخ آبی از

کف کانال 6 و30 میلیمتر-کل دبیها و شیبها…… 66

ادامه جدول 4-12 : مشخصات هیدرولیکی جریان برای هر دو حالت فاصله

چرخ آبی از کف کانال 6 و30 میلیمتر-کل دبیها و شیبها 67

جدول 4- 13: زمان و نیروی کار صرف شده در این پژوهش  70

جدول 5-1: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 65*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 35*30 سانتی متری……………………………………. 74

جدول 5-2: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 65*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 30*30 سانتی متری……………………………………. 75

 

عنوان                                         صفحه

 

جدول 5-3: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 65*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 25*30 سانتی متری……………………………………. 76

جدول 5-4: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 55*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 35*30 سانتی متری……………………………………. 77

جدول 5-5: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 55*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 30*30 سانتی متری……………………………………. 78

جدول 5-6: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 55*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 25*30 سانتی متری……………………………………. 79

جدول 5-7: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 45*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 35*30 سانتی متری……………………………………. 80

جدول 5-8: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 45*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 30*30 سانتی متری……………………………………. 81

جدول 5-9: مشخصات هیدرولیکی و میزان استهلاک انرژی در مدلهای با شفت 45*30

سانتی متر در پلان و 350 سانتی متر ارتفاع با دندانه های 25*30 سانتی متری……………………………………. 82

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل ها

 

 

عنوان                                         صفحه

 

شکل 1-1 : انواع اصلی سرریز………………… 3

شکل 1-2: اتصال بین سرریز مستقیم و استهلاک کننده انرژی   4

شکل 1-3: سرریز پله-حوضچه ای……………….. 4

شکل 1-4: اتصال بین سرریز و پایاب…………… 5

شکل 1-5: فرم کلی سرریز پیشنهادی…………… 6

شکل 2-1: انواع جریان در آبشار ریزشی در کانال منشوری مستطیلی 12

شکل 2-2: سازه ریزشی توسعه یافته…………… 12

شکل 2-3: ریزش جت در یک حوضچه با کف افقی……. 15

شکل 2-4: ضربه جت………………………… 16

شکل2-5: a) جت برخوردی محدود شده از جوانب b) زاویه برخورد δi 17

شکل 2-6: شمای کلی شفت ریزشی آبشاری در Roman aqueduct

و3 رژیم مختلف شکل گرفته در آن……………… 18

شکل 2-7: طرح Vortex drop……………………… 19

شکل 2-8: شفت گردابی………………………. 21

شکل 2-9: المانهای ایجاد کتتده بالشتک آبی مناسب 24

شکل 2-10: طرح مدل آزمایش شده سازه جدید ریزشی گردابی توسط    25

شکل 4-1: سیستم آزمایشگاهی شفت دندانه ای به صورت شماتیک همراه با جزئیات………………………………….. 33

شکل 4-2 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از عقب و راست……………………………………. 33

شکل 4-3 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از عقب و چپ  34

شکل 4-4 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از عقب . 34

شکل 4-5 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از جلو… 35

 

عنوان                                         صفحه

 

شکل 4-6 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از جلو و راست…  35

شکل 4-7 : تصویر سیستم آزمایشگاهی- دید از جلو و چپ  36

شکل 4-8 : فلومتر الکترو مغناطیسی فلنجی مگاب 3000   37

شکل 4-9: دور سنج لیزری……………………. 37

شکل 4-10 : چرخ آبی مدور استفاده شده از نماهای مختلف 38

شکل 4-11 : پیزومتر مخزن آرامش در بالا دست شفت سرریز 38

شکل 4-12: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 65*30 سانتی متر در پلان

الف) با6 دندانه با رویه 35*30 سانتی متری   ب) با 8 دندانه با رویه 3*30 سانتیمتری

پ) با 10دندانه با رویه 35*30 سانتیمتری……. 41

ادامه شکل 4-12: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 65*30 سانتی متر در پلانالف) با 6

دندانه با رویه 30*30 سانتی متری ب) با 8 دندانه با رویه 30*30 سانتیمتری پ) با 10

دندانه با رویه 30*30 سانتیمتری…………….. 42

ادامه شکل 4-12: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 65*30 سانتی متر در پلان الف) با

8 دندانه با رویه 25*30 سانتی متری ب) با 10 دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری پ) با

12 دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری…………. 43

شکل 4-13: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 55*30 سانتی متر در پلان الف) با 6

دندانه با رویه 35*30 سانتی متری ب) با 8 دندانه با رویه 35*30 سانتیمتری پ) با 10

دندانه با رویه 35*30 سانتیمتری…………….. 45

ادامه شکل 4-13: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 55*30 سانتی متر در پلان الف) با 6

دندانه با رویه 30*30 سانتی متری ب) با 8 دندانه با رویه30*30 سانتیمتری پ) با 10

دندانه با رویه 30*30 سانتیمتری…………….. 46

ادامه شکل 4-13: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 55*30 سانتی متر در پلان الف) با 8

دندانه با رویه 25*30 سانتی متری ب) با 10 دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری پ) با 12

دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری…………….. 47

شکل 4-14: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 45*30 سانتی متر در پلان الف) با 6

دندانه با رویه 35*30 سانتی متری ب) با 8 دندانه با رویه 35*30 سانتیمتری پ) با 10

دندانه با رویه 35*30 سانتیمتری…………….. 49

ادامه شکل 4-14: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 45*30 سانتی متر در پلان الف) با 6

دندانه با رویه 30*30 سانتی متری ب) با 8 دندانه با رویه 30*30 سانتیمتری پ) با 10

دندانه با رویه 30*30 سانتیمتری…………….. 50

عنوان                                         صفحه

 

ادامه شکل 4-14: حالتهای مختلف مدل با شفت قائم 45*30 سانتی متر در پلان الف)

با 8 دندانه با رویه 25*30 سانتی متری ب) با 10 دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری

پ) با 12 دندانه با رویه 25*30 سانتیمتری……. 51

شکل 4-15: مدل با شفت قائم 65*30 سانتی متر در پلان بدون دندانه……………………………………….. 52

شکل 4-16 : ماکزیمم ارتفاع موثر بر سرعت دورانی چرخ  58

شکل 4-17: رابطه دبی بر حسب عمق در کانال با شیب 3%  59

شکل 4-18 : رابطه دبی بر حسب عمق در کانال با شیب 5% 60

شکل 4-19 : رابطه دبی بر حسب عمق در کانال با شیب 8% 61

شکل 4-20 : رابطه دبی بر حسب عمق در کانال با شیب 10% 62

شکل 4-21 : رابطه دبی بر حسب عمق در کانال با شیب8/13%    63

شکل 4-22 : رابطه دور بر دقیقه چرخ آبی با مربع سرعت جریان در دو حالت فاصله

چرخ از کف کانال………………………….. 65

شکل 4-23 : رابطه دور بر دقیقه چرخ آبی با مربع سرعت جریان در کل دبیها و شیبها

و فواصل مختلف چرخ آبی از کف کانال ………… 68

شکل 5-1 : مقایسه استهلاک انرژی نسبت به دبی جریان جهت شفت 65*30

سانتیمتری با تغییر تعداد دندانه ها الف) با دندانه های 35 سانتی متری

(6، 8 و 10 دندانه) ب) بادندانه های30 سانتی متری (6، 8 و 10 دندانه) پ) با

دندانه های 25 سانتی متری (8، 10 و 12دندانه… 83

شکل 5-2 : مقایسه استهلاک انرژی نسبت به دبی جریان جهت شفت 55*30

سانتیمتری با تغییر تعداد دندانه ها الف) با دندانه های 35 سانتی متری

(6، 8 و 10 دندانه) ب) با دندانه های 30 سانتی متری (6، 8 و 10 دندانه) پ) با

دندانه های 25 سانتی متری (8، 10 و 12 دندانه).. 84

شکل 5-3 : مقایسه استهلاک انرژی نسبت به دبی جریان جهت شفت 45*30

سانتیمتری با تغییر تعداد دندانه ها الف) با دندانه های 35 سانتی متری (6، 8 و 10 دندانه)

ب) بادندانه های 30 سانتی متری (6، 8 و 10 دندانه) پ) با دندانه های 25 سانتی متری

(8، 10 و 12 دندانه)……………………… 86

شکل 5-4 : مقایسه میزان استهلاک نسبی انرژی در برابر دبی، برای مدلهایی که

بیشترین مقدار استهلاک انرژی را در شفت با اندازه 65*30 سانتیمتری در هر 3 نوع

دندانه (35، 30 و 25 سانتی متری) را دارند…………………………………… 87

 

عنوان                                         صفحه

 

شکل 5-5 : مقایسه میزان استهلاک نسبی انرژی در برابر دبی، برای مدلهایی که

بیشترین مقدار استهلاک انرژی را در شفت با اندازه 55*30 سانتیمتری در هر 3 نوع

دندانه (35، 30 و 25 سانتی متری) را دارند………………………………….. 88

شکل 5-6 : مقایسه میزان استهلاک نسبی انرژی در برابر دبی، برای مدلهایی که

بیشترین مقدار استهلاک انرژی را در شفت با اندازه 45*30 سانتیمتری در هر 3 نوع

دندانه (35، 30 و 25 سانتی متری) را دارند……………    88

شکل 5-7 : مقایسه میزان استهلاک نسبی انرژی در برابر دبی، برای مدلهایی که

بیشترین مقدار استهلاک را در هر سه سایز شفت (65*30 ، 55*30 و 45*30

سانتیمتری) در هر 3 نوع دندانه (35، 30 و 25 سانتیمتری) را دارند……………………………………….. 89

شکل شماره 5-8: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی، جهت شفت با

اندازه 65*30 سانتیمتری با تغییر در اندازه دندانه ها الف) با 6 دندانه در اندازه های

35، 30 و 25 سانتیمتری ب) با 8 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری

پ)با 10 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری………………………………. 90

شکل شماره 5-9: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی، جهت شفت

با اندازه 55*30 سانتیمتری با تغییر در اندازه دندانه ها الف) با 6 دندانه در اندازه های

35، 30 و 25 سانتیمتری ب) با 8 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری

پ) با 10 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری………………………………. 91

شکل شماره 5-10: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی، جهت شفت

با اندازه 45*30 سانتیمتری با تغییر در اندازه دندانه ها الف) با 6 دندانه در اندازه های

35، 30 و 25 سانتیمتری پ) با 8 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری

پ) با10 دندانه در اندازه های 35، 30 و 25 سانتیمتری…   93

شکل شماره 5-11: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی جهت سه سایز

مختلف شفت (65*30، 55*30 و 45*30 سانتیمتری) با تعداد دندانه های مساوی

و هم اندازه الف) با 6 دندانه 35 سانتیمتری ب) با 8 دندانه 35 سانتیمتری

پ) با 10 دندانه 35 سانتیمتری………………. 95

شکل شماره 5-12: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی جهت سه سایز

مختلف شفت (65*30، 55*30 و 45*30 سانتیمتری) با تعداد مساوی دندانه های 30

سانتی متری الف) با 6 دندانه 30 سانتیمتری ب) با 8 دندانه 30 سانتیمتری

پ) با 10 دندانه30 سانتیمتری………………. 96

 

عنوان                                         صفحه

 

شکل شماره 5-13: تغییرات میزان استهلاک نسبی انرژی بر حسب دبی جهت

سه سایز مختلف شفت(65*30، 55*30 و 45*30 سانتیمتری) با تعداد مساوی

دندانه های 25 سانتی متری الف) با 8 دندانه 25 سانتیمتری ب) با 10 دندانه 25

سانتیمتری پ) با 12 دندانه 25 سانتیمتری……. 98

شکل 5-14: پوش جریان برای مدل شماره 1 با شفت 65*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 35*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه – جریان از نوع 1 ……………………………………… 105

شکل 5-15: پوش جریان برای مدل شماره 1 با شفت 65*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 35*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 105

شکل 5-16: پوش جریان برای مدل شماره 4 با شفت 65*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………….. 106

شکل 5-17: پوش جریان برای مدل شماره 4 با شفت 65*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 106

شکل 5-18: پوش جریان برای مدل شماره 4 با شفت 65*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 107

شکل 5-19: پوش جریان برای مدل شماره 5 با شفت 65*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………….. 107

شکل 5-20: پوش جریان برای مدل شماره 5 با شفت 65*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 108

شکل 5-21: پوش جریان برای مدل شماره 5 با شفت 65*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 108

شکل 5-22: پوش جریان برای مدل شماره 6 با شفت 65*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………….. 109

شکل 5-23: پوش جریان برای مدل شماره 6 با شفت 65*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 109

شکل 5-24: پوش جریان برای مدل شماره 6 با شفت 65*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 110

شکل 5-25: پوش جریان برای مدل شماره 7 با شفت 65*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………….. 110

شکل 5-26: پوش جریان برای مدل شماره 9 با شفت 65*30 سانتیمتر و 12 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 (ریزش از وسط) …………………………… 111

عنوان                                         صفحه

 

شکل 5-27: پوش جریان برای مدل شماره 9 با شفت 65*30 سانتیمترو 12 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………… 111

شکل 5-28: پوش جریان برای مدل شماره 9 با شفت 65*30 سانتیمترو 12 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 در دندانه های

بالایی و نوع 1 در دندانه های پایینی ……….. 112

شکل 5-29: پوش جریان برای مدل شماره 13 با شفت 55*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………….. 113

شکل 5-30: پوش جریان برای مدل شماره 13 با شفت 55*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 113

شکل 5-31: پوش جریان برای مدل شماره 13 با شفت 55*30 سانتیمتر و 6 دندانه

با رویه 30*30 سانتی متری در دبی 40 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 ……………………………………… 114

شکل 5-32: پوش جریان برای مدل شماره 21 با شفت 45*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 35*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………….. 114

شکل 5-33: پوش جریان برای مدل شماره 21 با شفت 45*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 35*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 و تاحدودی 3 …………………………… 115

شکل 5-34: پوش جریان برای مدل شماره 21 با شفت 45*30 سانتیمتر و 10 دندانه

با رویه 35*30 سانتی متری در دبی 35 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 3 …………………………………….. 115

شکل 5-35: پوش جریان برای مدل شماره 25 با شفت 45*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 5 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 1 و تا حدودی2 …………………………….. 116

شکل 5-36: پوش جریان برای مدل شماره 25 با شفت 45*30 سانتیمترو 8 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 20 لیتر در ثانیه- جریان از نوع 2 ……………………………………… 116

شکل 5-37: پوش جریان برای مدل شماره 25 با شفت 45*30 سانتیمتر و 8 دندانه

با رویه 25*30 سانتی متری در دبی 35 لیتر در ثانیه- جریان از نوع2 و تا حدودی 3 ……………………………. 117

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست علائم اختصاری

 

 

Ca: غلظت مکانی هوا، که به صورت نسبت واحد حجم هوا به واحد حجم مخلوط آب و هوا تعریف می شود

Cmean: غلظت متوسط هوای جریان که بر حسب عمق متوسط گیری شده است

d: عمق جریان

D: قطر شفت

dc: عمق بحرانی جریان

dw: عمق معادل ستون آب خالص (بدون هوا)

Eδ مقدار انرژی تلف شده در طول سرریز

e: عدد نپر

ΔE: تغییرات ارتفاع (بلندای) کل انرژی جریان

E: ارتفاع (بلندای) کل انرژی جریان

E0: انرژی کل جریان در بالادست سرریز (داخل مخزن) نسبت به تراز کف خروجی سرریز

F: عدد فرود

g: شتاب جاذبه زمین

h: عمق جریان در بالا دست

H: فاصله قائم تراز کف ورودی سرریز در بالا دست تا تراز کف خروجی سرریز

Hdam: ارتفاع سد یا سرریز سد

L طول روی هر دندانه (پله) در جهت جریان

λ: ضریب مقیاس (λ=lp/lm نسبت ابعادی نمونه اصلی به مدل)

μw : لزجت دینامیکی آب

Q: دبی کل جریان

QD: دبی طراحی

q: دبی جریان در واحد عرض

R: شعاع هیدرولیکی

Re: عدد رینولدز

Sf : شیب اصطکاکی

ρ: جرم حجمی

wρ: جرم حجمی آب

σ: کشش سطحی آب

Uw: سرعت متوسط جریان

V : سرعت متوسط جریان

W: عرض سرریز

We: عدد وبر

y: عمق متوسط جریان در خروجی سرریز

z : فاصله بین هر دو دندانه متوالی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

مقدمه

 

 

1-1-کلیات

 

در طراحی سد باید اصول هیدرولیک رعایت شود تا پایداری سد به خطر نیافتد. از جمله این اصول ساخت سرریزی متناسب با سد مورد نظر جهت تخلیه آب اضافی از مخزن می باشد. سرریز عبارت است از سازه ای که آب اضافی را خصوصاً در زمانهای سیلابی که جریان آب برای بدنه سد و تاسیسات وابسته خطر ایجاد می کند و ممکنست باعث خرابی آنها شود، دفع کند و به همین سبب ضرورت دارد که سرریزی جهت دفع سیلاب و محافظت از سد و تاسیسات وابسته در نظر گرفته شود.

سرریزها به انواع مختلف تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع سرریز بستگی به فاکتورهایی از قبیل: نوع سد، دبی طرح، وضعیت فونداسیون، توپوگرافی و شرایط اقتصادی طرح دارد. سرریزهایی که در بدنه خود سد وزنی بتنی ساخته می شود، از نوع سرریزهای روگذر[1] می باشند. این نوع سرریز ممکن است همراه سدهای قوسی یا پایه دار نیز به کار برده شود. انواع دیگر سرریزها که به صورت جدا از بدنه سد طراحی می شوند عبارتند از: سرریز جانبی[2]، سرریز نیلوفری[3]، سرریز شوت[4] و سرریز سیفونی[5]. انواع دیگری از سرریزها نیز وجود دارند که به همراه سدهای کوچک به کار برده می شوند و قدرت دفع دبی اندکی دارند این سرریزها عبارتند از: سرریز با ورودی قائم[6] وسرریز با ورودی جعبه ای[7]. به طورکلی در طراحی سرریز سد، دبی طرح با دوره بازگشت معین انتخاب می شود که بستگی به اهمیت طرح دارد. سرریز باید قادر باشد دبی طرح را در موقع سیلابی به طریقی دفع کند که صدمه ای به بدنه سد وارد نگردد.[1]

 

 

 

1-2- انواع سرریز [2]

 

سازه روگذر یا سرریز را بسته به شرایط محل و خصوصیا ت هیدرولیکی به صورتهای مختلفی می توان طراحی کرد مانند:

سرریز جلویی[8] ( مستقیم )
سرریز جانبی[9]
سرریز لاله ای[10]
 

 

 

 

 

 

 

شکل 1-1 : انواع اصلی سرریز: a) مستقیم، b) جانبی، c) لاله ای. [2]

 

در سازه های دیگری مانند سرریز کنگره ای[11] از سرریز مستقیم استفاده میشود که تاج آن در پلان به شکل مثلثی یا ذوزنقه های متوالی است. نوع دیگر آن، سریز روزنه ای[12] است که در سدهای قوسی استفاده می شود.

سرریز لاله ای در سال 1930 معرفی و اقتصادی بودن آن ثابت شده است، مشروط به آنکه تونل انحراف را بتوان به عنوان مجرای افقی این سرریز استفاده کرد. سازه این سرریز شامل سه قسمت اصلی است که عبارت است از : آبگیر، مجرای عمودی با یک زانوی 90 درجه و یک تونل تقریباً افقی. به منظور جلو گیری از خسارت ناشی از کاویتاسیون، هوا از طریق مجرای هواده در محل تبدیل بین مجرای عمودی و تونل افقی تامین می شود

استفاده از سرریز جانبی در مناطقی که استفاده از سرریز مستقیم عملی نیست، مانند سدهای خاکی یا وقتی که موقیعت دیگری در کنار سد ارتباط بهتر و آسانتری را با حوضچه آرامش امکان پذیر می سازد، مناسب است.

سرریز مستقیم ( اوجی[13]) به دلیل ساده بودن و امکان برقراری ارتباط مستقیم مخزن با پایاب، سرریز استانداردی است که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع سرریز را معمولا می توان در هر دو نوع سد قوسی و وزنی استفاده کرد.

قسمت پایین دست سرریز مستقیم ممکن است شکلهای مختلفی داشته باشد. معمولا یک مجرایی ( شوت یا تنداب ) به تاج سرریز متصل می شود و به عنوان سازه انتقالی بین تاج سرریز و سازه استهلاک کننده انرژی عمل میکند (شکل a-2). همچنین این سرریز را می توان روی سد قوسی ساخت در این حالت جریان عبوری از روی آن به پایاب می ریزد، در این حالت دیوار پایین دست سرریز، همان وجه پایین دست سد است(شکل b-2). در نوع دیگری از طراحی، از سرریزهای متوالی[14] ( پلکانی ) استفاده می شود که در آن، استهلاک انرژی از انتهای تاج تا محل پایاب ( در کل طول سرریز ) صورت می گیرد و بدین ترتیب از طول حوضچه آرامش می توان کاست (شکل c-2)، همچنین نوع جدیدی از سرریز پلكانی با عنوان سرریز پله-حوضچه ای، با الهام از فرآیند طبیعی فرم پله حوضچه ای در بستر رودخانه های كوهستانی با شیب زیاد، با رویكرد افزایش مطمئن زبری شكل بستر نیز ارائه گردیده است (شکل 3) [3].

 

[1] – Overflow spillways

[2] – Side spillways

[3] – Morning glory spillways

[4] – Concrete chute spillways

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...