تحلیل عملکرد شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای تحت جریان هیدرولیکی زیربحرانی

در محل اتصال کانال های انتقال آب حامل جریان زیربحرانی با سازه های هیدرولیکی نظیر سیفون های معکوس و تندآب ها، می توان از شکاف های کنترل برای ایجاد جریان با شرایط بحرانی و جلوگیری از افت سطح آب یا پس زدن آن در کانال بالادست بهره گرفت. در تحقیق حاضر، عملکرد شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته و نحوه تعیین بهینه ابعاد آن به ازاء وقوع دبی های مختلف در بازه دبی طراحی کانال ارائه می شود. به این منظور، با استفاده از معادلات انرژی مخصوص و در نظر گرفتن شرایط بحرانی جریان بر روی این سازه، روابط موردنیاز استخراج شده و با حل هم زمان معادلات غیرخطی با استفاده از روش گرادیان کاهش یافته، ابعاد بهینه سازه برای سه حالت هیدرولیکی مختلف (دبی های ۱۰، ۲۵ و ۵۰ درصد دبی طراحی) محاسبه می گردد. سپس، نتایج حاصل با استفاده از مدلسازی در نرم افزار Flow۳D نیز صحت سنجی می شود. با استفاده از این نرم افزار، مشخصات جریان از جمله عمق، انرژی مخصوص، توزیع سرعت و مسیر خطوط جریان بر روی شکاف کنترل پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج بررسی ها نشان داد سازه یادشده قادر است شرایط جریان بحرانی را در بازه ی گسترده ای از دبی ها با دقت مناسبی حفظ نماید. مقایسه داده های نظری و نتایج عددی حاکی از تطابق قابل توجه با میانگین خطای کمتر از ۵ درصد بود. به طور خاص، در حالت های مختلف هیدرولیکی، خطای محاسبه عمق جریان بین ۹/۲ تا ۵/۴ درصد و خطای محاسبه انرژی مخصوص بین ۲/۳ تا ۸/۴ درصد مشاهده شد. از پژوهش حاضر می توان دریافت که استفاده از شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای موجب ایجاد شرایط بحرانی در جریان شده و از پایین افتادن سطح آب و یا پس زدن جریان در کانال بالادست به ازاء وقوع حالات هیدرولیکی گوناگون جلوگیری می نماید.

کلیدواژه ها:

انرژی مخصوص ، جریان زیربحرانی ، شکاف کنترل مرکب ذوزنقه ای ، عمق بحرانی ، نیروی مخصوص