مدل سازی ویژگی های پرش هیدرولیکی نوع B و تحلیل تطبیقی با تمرکز بر نسبت اعماق ثانویه، اتلاف انرژی و تاثیر استقرار آستانه در شرایط آزمایشگاهی

این پژوهش به بررسی جامع پرش هیدرولیکی نوع B در کانال مستطیلی با شرایط بدون آستانه و نصب آستانه های مختلف پرداخته است. آزمایش ها با کنترل عمق پایاب انجام شد تا پارامترهایی مانند نسبت عمق ثانویه به اولیه، طول ناحیه غلتان و اتلاف انرژی تحلیل شوند. نتایج نشان داد مدل های قبلی مبتنی بر اصل مومنتوم دارای میانگین درصد خطای مطلق MAPE) ) بین ۲۰ تا ۳۰ درصد بودند، در حالی که رابطه تجربی پیشنهادی Carollo et al. (۲۰۱۱)  با MAPE کمتر از ۵ درصد عملکرد بهتری داشت. در این مطالعه، رابطه جدیدی با MAPE حدود ۴ درصد برای پیش بینی نسبت عمق ثانویه معرفی شد. همچنین رابطه مستقیمی بین عدد فرود اولیه و نسبت عمق ثانویه مشاهده شد، به گونه ای که با افزایش عدد فرود از ۸/۷ به ۱۳، نسبت عمق ثانویه از ۱۲ به ۵/۲۳ افزایش یافت. اتلاف انرژی پرش نیز با افزایش عدد فرود بین ۶۰ تا ۸۰ درصد تغییر می کرد. مدل جدید در پیش بینی اتلاف انرژی دارایMAPE  ۷/۱ درصد بود و بهتر از مدل های قدیمی مانند Hager (۱۹۹۲) بود. تحلیل طول ناحیه غلتان با یافته های پیشین منطبق بود. در این تحقیق، تاثیر نصب آستانه در پایین دست نیز بررسی شد؛ نصب آستانه در ناحیه ای نزدیک به محل تغییر شیب (بین ۱/۰ تا ۵/۰ برابر عرض کانال) موجب افزایش آشفتگی و نسبت عمق ثانویه می شود، اما اتلاف انرژی در این بازه کم بوده و کارایی مطلوبی ندارد. با جابجایی آستانه به موقعیت نسبی ۴/۱ تا ۳ برابر عرض کانال، جریان به شرایط هیدرواستاتیک نزدیک شده و اتلاف انرژی در محدوده مطلوب ۶۵ تا ۸۰ درصد قرار گرفت. ارتفاع بهینه آستانه حدود ۱۰ سانتی متر تعیین شد. نصب آستانه در موقعیت نسبی ۴/۱ برابر عرض کانال منجر به شکل گیری حوضچه آرامش بهینه، اتلاف انرژی مناسب و بهینه سازی ابعاد سازه گردید.

کلیدواژه ها:

پرش هیدرولیکی نوع B ، نسبت عمق های مزدوج ، اصل مومنتم ، اتلاف انرژی ، عدد فرود