تحلیل هیدرودینامیک جریان و ضریب دبی در سرریزهای با محیط متخلخل در شرایط روگذر آزاد

در این پژوهش آزمایشگاهی، ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه پهن مستطیلی در دو حالت صلب و متخلخل (گابیونی) بررسی شد. در بخش مربوط به سرریز متخلخل، هشت آزمایش با دو طول موثر ۳۰ و ۶۰ سانتی متر و سه نوع دانه بندی با قطر متوسط ۱۱، ۱۹ و ۲۸ میلی متر اجرا شد. در مرحله نخست، با ایجاد شرایط جریان آزاد در پایین دست، ضرایب دبی برای سرریزهای صلب و گابیونی محاسبه و مقایسه شد. همچنین تغییرات پروفیل سرعت جریان و توزیع تنش برشی رینولدزی در محدوده هیدرولیکی سرریز ارزیابی شد. نتایج تحلیل پروفیل سطح آب نشان داد افزایش اندازه ذرات گابیون موجب کاهش مقاومت در برابر عبور جریان شده و در نتیجه برای دستیابی به شرایط جریان کاملا روگذری، دبی بیشتری مورد نیاز است. در مقابل، در شرایط دبی ثابت، افزایش طول سرریز مقاومت هیدرولیکی را تقویت کرده و موجب افزایش بار هیدرولیکی بالادست میشود. بررسی ضرایب دبی نشان داد در دبی یکسان، با افزایش طول سرریز روند تغییرات ضریب دبی صعودی است. به طور میانگین، ضرایب دبی برای تخلخل های ۳۸، ۴۲ و ۴۵ درصد در طول ۳۰ سانتی متر به ترتیب ۰/۷۴، ۰/۸۲، ۰/۸۹ و در طول ۶۰ سانتی متر معادل ۰/۹۵، ۱/۰ و ۱/۲۰ محاسبه شد، درحالیکه این مقدار در حالت صلب حدود ۰/۳۸ گزارش شد. با به کارگیری معادله همبستگی چندمتغیره و استفاده از مدل برنامه ریزی ژنتیکی بیان ژن (GEP) مبتنی بر تئوری تحلیل ابعادی، رابطه ای کارآمد برای محاسبه دبی عبوری بر روی سرریز گابیونی استخراج شد که ضریب تعیین آن برابر با ۹۸ درصد حاصل شد.

کلیدواژه ها:

سرریز متخلخل ، پروفیل سرعت ، تنش برشی رینولدز ، پروفیل سطح آب ، GEP