حوضچههای آرامش یکی تثبیت پرش هیدرولیکی است و دیگری کمک به ایجاد پرش هیدرولیکی است. کوتاهتر شدن طول پرش فقط به کم شدن هزینهها کمک خواهد کرد. بدین جهت حوضچههای آرامش مختلفی مورد آزمایش قرار گرقتند که هر کدام برای یک نوع پرش شرح داده شده مفید میباشد این حوضچهها پس از آزمایش بسیار و قطعی شدن آنها بصورت تیپ در آمده اند و در حال حاضر برای طراحی هر کدام از آنها میتوان به تیپ اصلی آنها مراجعه کرد. بطور کلی دو نوع کلی حوضچههای آرامش وجود دارد یکی حوضچههای آرامش استاندارد USBR که خود به چندین نوع تقسیم میشود و یکی حوضچه آرامش استاندارد SAF که شرح آنها ذیلاٌ آورده میشود
در هفتاد سال گذشته، به دلیل اهمیت و کاربرد بسیار زیاد پرش هیدرولیکی مطالعات گسترده ای در این مورد انجام گردیده است.
پرش هیدرولیکی که در بسترهای صاف، افقی و با شکل حوضچه منشوری اتفاق میافتد بنام پرش هیدرولیکی کلاسیک نامگذاری شده است که دارای الگوی جریان دو بعدی میباشد این نوع پرش، پیش از این توسط محققین بزرگ، مورد مطالعه قرار گرفته است. اهداف اصلی مطالعات ایشان، ایجاد روابط برای پیش بینی خصوصیات پرش نظیر طول پرش، عمق پایاب مورد نیاز. میزان استهلاک انرژی، توزیع سرعت جریان، نوسانات فشار، پروفیل سطح آب در طول پرش بوده است نتایج تحقیقات نشانگر آن است که زبری بستر در جهت کاهش طول پرش هیدرولیکی و عمق پایاب مؤثر است با توجه به اهمیت دو پارامتر طول پرش هیدرولیکی و عمق پایاب در کم کردن هزینههای طراحی وساخت مستهلک کننده انرژی، همچنان نیاز به مطالعات در این مورد احساس میگردد. طی آخرین مطالعات انجام گرفته توسط ایدو راجاراتنام (2002) که از بستر مواج استفاده شده است نتایج آزمایشگاهی نشان داد که در صورت مواج بودن بستر، مقدار طول پرش و عمق پایاب بطور چشمگیری کاهش خواهد بافت همچنین به تحقیقات شفاعی و ایزدجو (2003) میتوان اشاره کرد. آنها در تحقیقات خود با قرار دادن زبریهای موجی شکل دربستر حوضچه آرامش نشان دادند که طول پرش هیدرولیکی تا 50% نسبت اعماق مزدوج نیز تا 30% کاهش یافته است مطالعات کارولو و همکاران (2007) نیز که روی بستر زبر شده توسط مصالح رودخانهای نشان داد که طول پرش هیدرولیکی و عمق ثانویه کاهش چشمگیری داشته است.
1-2- ضرورت تحقیق
پرش هیدرولیکی متداولترین روش جهت استهلاک انرژی در پایین دست سازههایی هیدرولیکی میباشد در مستهلک کنندههایی انرژی از نوع پرش معمولا ٌبا کمک بافل و در داخل حوضچه آرامش ایجاد میشود تاکنون مطالعات گسترده ای در زمینه انواع حوضچههای آرامش صورت گرفته است
هدف همه این مطالعات بوجود آوردن حوضچههای اقتصادی بوده است.
پارامترهایی چون طول حوضچه، ضخامت دال کف، عمق پایاب مورد نیاز از جمله پارامترهای مهمیهستند که بر اقتصاد کردن سازه حوضچه آرامش تأثیر فراوانی دارند اخیراٌمطالعه مقدماتی نشان داده که زبر بودن کف حوضچههای آرامش باعث کاهش طول حوضچه و کاهش عمق پایاب مورد نیاز میگردد.{اید وراجااتنام 2002}. این مطالعه امید زیادی برای ایجاد حوضچههای اقتصادی تررا فراهم کرده است.
1-3- فرضیه تحقیق
این تحقیق بر این فرضیه استوار است که ارتفاع و عرضهایی مختلف زبری در کف بستر از طریق افزایش تنش برشی و در نتیجه تلاطم بیشتر جریان میتواند باعث تغییراتی در خصوصیات پرش هیدرولیکی و کاهش طول پرش و عمق پایاب شود که نهایتاٌ میتوان سازههای مستهلک کننده انرژی اقتصادی تری طراحی کرد.
1-4- اهداف مطالعه حاضر
بطور کلی با توجه به مطالعات ارائه شده اهداف این مطالعات را میتوان به شرح ذیل بیان کرد :
- بررسی و ضعیت هیدرولیکی پرش در بستر زبر و اندازه گیری مشخصات پرش نظیر طول پرش و عمق پایاب در پرش هیدرولیکی با ابعادهای متفاوت زبری بستر برای اعداد فرود متفاوت
- برآورد میزان تأثیر ابعاد متفاوت زبری بستر بر مشخصات پرش هیدرولیکی و مقایسه آن با پرش کلاسیک
- افت انرژی پرش در بستر و مقایسه آن با پرش کلاسیک
- برآورد تنش برش کف در پرش هیدرولیکی با ابعادهای مختلف زبری بستر و مقایسه آن با حالت کلاسیک
- ارتباطات ایجاد شده بین عوامل هیدرولیکی پرش در بستر زبر به صورت بدون بعد.
1-5- روش تحقیق
برای رسیدن به اهداف این تحقیق نیاز به انجام آزمایشهای مختلف میباشد. ابتدا منابع مهم در زمینه پرش هیدرولیکی کلاسیک و پرش بر روی بسترهای زبر جمع آوری و مورد بررسی قرار گرفته است سپس اقدام به ساخت یک دستگاه فلوم آزمایشگاهی شد . فلوم آزمایشگاهی به طول 8 متر عرض 35/0 متر و ارتفاع 4/0 متر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی عمران دانشگاه آزاد واحد یاسوج مورد استفاده قرار گرفت.
1-6- مطالب این پایان نامه
به منظور ارائه بهتر کارهای انجام شده در این مطالعه سعی گردیده است، که موضوعات مورد و مطالعه در فصول جداگانه ارائه شود و در فصل ابتدا، مروری بر منابع و تحقیقات انجام شده قبلی، انجام گردد و سپس روش انجام آزمایشات و نتایج ارائه شود.
2-1- مقدمه
این مطلب را هم بخوانید :
با توجه به اینکه بررسی خصوصیات مربوط به پرش هیدرولیکی مستلزم آشنایی با مفاهیم هیدرولیکی بسیاری میباشد که با دانستن آنها شناخت این پدیده عمیقتر صورت خواهد گرفت، از این رو در بخشهای مختلف این فصل برخی از مفاهیم کلی مربوط به هیدرولیک مجاری باز بیان شده و در ادامه مبانی مربوط به جهشهای هیدرولیکی کلاسیک تشریح میگردد. همچنین در انتها به روش های موجود برای کنترل پرش هیدرولیکی اشاره خواهد شد.
پرش هیدرولیکی می تواند روی کفهای نسبتاً افقی و یا کفهای شیبدار با مانع و یا بدون مانع به وجود آید و بدیهی است بسته به این که در کدامیک از موقعیتهای مذکور پرش حاصل گردد دارای خصوصیات کاملاً متفاوتی خواهد بود.
با توجه به سادگی هندسه آبراهه پرش های کلاسیک و اهمیتی که این سادگی در طراحی حوضچههای آرامش دارد، پرش هیدرولیکی کلاسیک طی هفتاد سال اخیر دارای اهمیت ویژهای بوده است. این پدیده در قرن 16 توسط لئوناردو داوینچی توصیف گردیده است اما از سال 1820 که بیدونه ایتالیایی نتایج اولین آزمایش را چاپ کرد، مورد توجه خاص قرار گرفت. (ماکاگنو 1967 بخشهای مهم آزمایشات بیدونه را ارائه داده است). بخشهای مهم و جالب آن شامل موارد (به نقل از هاگر 1992).