نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• فریناز شجاع طلاتپه ¹
• داود فرسادی زاده ²
• علی حسین زاده دلیر ³
• جواد بهمنش ⁴
• محمد رضا نیک پور ⁵

¹ دانشجوی دکترای سازه های، گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

² استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

³ استاد، گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

⁴ استاد، گروه مهندسی آب، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

⁵ استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

وجود هرگونه تغییر هندسی مانند تبدیل در مسیر کانال­های 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 ضربه­ای در تبدیل­های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ­ای و مستطیلی با به­کارگیری مدل­های آزمایشگاهی بررسی شد. زاویۀ شیب جانبی دیواره­ها 45، 60، 70 و 90 درجه و نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 به­عنوان متغیرهای هندسی و همچنین چهار عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 به ­عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش­ها در نظر گرفته شد. تحلیل پروفیل­های 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 ضربه­ای در تبدیل­های 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 34/59، 27/44 و 04/24 درصد کاهش می‌یابد. همچنین، بیشینۀ سرعت امواج ضربه­ای به­ازای شرایط مذکور به­ترتیب به­میزان 51/37، 23/25 و 67/14 درصد کاهش می‌یابد. نظر به اینکه کانال­های اجرایی عمدتاً با مقطع ذوزنقه­ای ساخته می­ شوند، یافته­ های پژوهش حاضر برای مهندسان طراح می­ تواند بسیار سودمند باشد.

کلیدواژه‌ها

• امواج ضربه ای
• شیب جانبی
• نسبت همگرایی

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Supercritical Flows in Open-Channels Contraction with Trapezoidal and Rectangular Sections

نویسندگان [English]

• Farinaz Shoja Talatapeh ¹
• Davood Farsadizadeh ²
• Ali Hosseinzadeh Dalir ³
• Javad Behmanesh ⁴
• Mohammad Reza Nikpour ⁵

¹ Departrment of water engineering, University of Tabriz, Tabriz

² Professor, Department of Water Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran

³ Professor, Department of Water engineering, University of Tabriz

⁴ Professor, Department of Water engineering, University of Urmia

⁵ Assistant Professor, Department of Water Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil

چکیده [English]

In the present research, height and velocity of shock waves in contractions of open-channel 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 3.25-9.23. 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 cross-section, 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 cross-section are building and operating, so the findings of this study can be very useful for design engineers.

کلیدواژه‌ها [English]

• Contraction
• Convergence Ratio
• Shock Waves
• Side Slope Angle