فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                                صفحه

شکل 1- 1 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری همزمان از روی سرریز و زیر دریچه. 5

شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پایین­دست برخی از سازه­های هیدرولیکی. 8

شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز –  دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی. 12

شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز-  دریچه بدون فشردگی جانبی. 12

شکل 2- 3 نمایی از مدل­های آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386) 14

شکل 2- 4 مدل شبیه­سازی شده جریان و حفره آبشستگی جریان ترکیبی (اویماز، 1987) 14

شکل 2- 5 فرایند پر و خالی شدن حفره آبشستگی درحین برخی از آزمایشات (دهقانی و بشیری، 2010)           15

شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک.. 23

شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک.. 24

شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان. 25

شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب.. 26

شکل 3- 5 مدل­سازی پرش هیدرولیکی. 30

شکل 3- 6 مدل­سازی جریان در قوس رودخانه. 30

شکل 3- 7 مدل­سازی جریان عبوری از زیر دریچه. 30

شکل 3- 8 مدل­سازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض… 31

شکل 3- 9 مدل­سازی آبشستگی پایین­دست سازه 31

شکل 3- 10 مش­بندی یکنواخت در کانال با مقیاس کوچک.. 39

شکل 3- 11 مش­بندی غیر یکنواخت در راستای طولی کانال با مقیاس بزرگ.. 40

شکل 3- 12 شرایط مرزی مورد استفاده در مدل­سازی حالت بستر صلب.. 40

شکل 3- 13 شرایط مرزی مورد استفاده در مدل­سازی حالت بستر رسوب.. 41

شکل 3- 14 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدل­سازی هیدرولیک جریان. 43

شکل 3- 15 نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدل­سازی حفره آبشستگی. 43

شکل 4- 1 مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکه­بندی­های مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی. 46

شکل 4- 2 مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و داده ­های آزمایشگاهی. 47

شکل 4- 3 مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با داده ­های آزمایشگاهی. 49

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                                صفحه

شکل 4-4 ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه  49

شکل 4- 5 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بی­بعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs / Qg) 51

شکل 4- 6 نمودار تغییرات نسبت دبی­های نرم­افزار و مشاهداتی. 52

شکل 4- 7 مقایسه رابطه نسبت دبی­ها درسازه ترکیبی سرریز- دریچه با روابط تجربی برای تخمین دبی در سرریز و ریچه  52

شکل 4- 8 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با بهره گرفتن از مدل RNG k-ε. 53

شکل 4- 9 توزیع فشار جریان عبوری از سازه ترکیبی در طول کانال با بهره گرفتن از مدل RNG k-ε. 53

شکل 4- 10 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز –  دریچه. 54

شکل 4- 11 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی سرریز –  دریچه. 54

شکل 4- 12 شماتیکی از جریان عبوری از سازه ترکیبی دارای انقباض جانبی. 54

شکل 4-13 توزیع تنش برشی کف در اطراف سازه ترکیبی با انقباض جانبی. 55

شکل 4-14 مقایسه عمق جریان درعرض کانال دربلافاصله قبل از سازه برای میزان انقباض­های جانبی مختلف سازه رکیبی  56

شکل 4-15 مقایسه عمق جریان در طول کانال برای میزان انقباض­های جانبی مختلف سازه ترکیبی. 56

شکل 4-16 توزیع مؤلفه طولی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض… 57

شکل 4-17 توزیع مؤلفه طولی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض… 57

شکل 4-18 توزیع مؤلفه عرضی سرعت در زیر سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض… 58

شکل 4-19 توزیع مؤلفه عرضی سرعت روی سازه در دو حالت با انقباض و بدون انقباض… 58

شکل 4- 20 مقایسه دقت شبیه­سازی حفره آبشستگی با بهره گرفتن از مدل­های مختلف آشفتگی. 59

شکل 4- 21 ارزیابی دقت نرم­افزار برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی. 62

شکل 4- 22 ارزیابی دقت نرم­افزار برای حداکثر عمق آبشستگی. 62

شکل 4- 23 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه در بستر متحرک.. 63

فهرست شكل‌ها

عنوان                                                                                                                                صفحه

شکل 4- 24 نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بی­بعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب.. 64

شکل 4- 25 نمودار تغییرات نسبت دبی­های نرم­افزار و مشاهداتی. 65

شکل 4-26 توزیع مؤلفه طولی سرعت جریان در اطراف سازه ترکیبی. 66

شکل 4-27 الگوی جریان اطراف سازه ترکیبی سرریز – دریچه  (الف. بردارهای سرعت   ب. خطوط جریان) 66

شکل 4-28 توزیع تنش برشی در اطراف حفره آبشستگی پایین­دست سازه ترکیبی سرریز-  دریچه در ابتدای اجرای برنامه  67

شکل 4- 29 مقایسه رابطه پارامترهای بی­بعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Qs/Qg) برای بستر رسوب و بستر صلب.. 67

شکل 4-30 نمودار رابطه حداکثر عمق آبشستگی با نسبت دبی­های عبوری از رو و زیر سازه ترکیبی. 68

– مقدمه

یكی از عمده‌ترین مشكلات سازه‌هایی از قبیل سرریزها، دریچه‌ها و حوضچه‌های آرامش كه در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت

این مطلب را هم بخوانید :

دانلود پایان نامه درباره مزد ساعتی - کاوشگران جوان

 سازه است كه علاوه­‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممكن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اكثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی كرده­اند كه با وجود تمام دست­آوردهای مهمی كه تاكنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچه‌ها، سرریزها، شیب‌شكن‌ها، كالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده می‌شود كه می‌تواند پایداری این سازه­ها را با خطرات جدی مواجه كند.

پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد كه تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حركت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است كه عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پایین‌دست سازه تأثیرگذار هستند كه از جمله آن­ها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و … اشاره كرد (کوتی و ین[1] (1976)، بالاچاندار[2] و همکاران (2000)، کلز[3] و همکاران (2001)، لیم و یو[4] (2002)، فروک[5] و همکاران (2006)، دی و سارکار[6] (2006) و ساراتی[7] و همکاران (2008)).

دریچه­ها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانال­های باز مورد استفاده قرار می­گیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازه­ها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پایین­دست سازه­ها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.

به منظور افزایش بهره‌وری از سازه­های پرکاربرد سرریزها و دریچه­ها، می‌توان آن­ها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.

1-2 تعاریف

1-2-1 سرریزها

یکی از سازه­های مهم هر سد را سرریزها تشکیل می­ دهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازه ­گیری دبی جریان در کانال­ها­ مورد­استفاده قرار می­گیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام می­دهند، باید سازه­ای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهره ­برداری آمادگی داشته باشد.

معمولاً سرریزها را بر حسب مهم­ترین مشخصه آن­ها تقسیم­بندی می­كنند. این مشخصه می ­تواند در رابطه با سازه كنترل و كانال تخلیه باشد. بر حسب این­كه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای كنترل­دار و یا سرریزهای بدون كنترل شناخته می­شوند.

1-2-2 دریچه­ها

دریچه­ها سازه ­هایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته می­شوند. از دریچه­ها به منظور قطع و وصل و یا كنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده می­شود و از لحاظ ساختمان به گونه­ای می­باشند كه در حالت بازشدگی كامل عضو مسدود كننده كاملاً از مسیر جریان خارج می­گردد.

دریچه­ها در سدهای انحرافی و شبکه ­های آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانال­ها، مخازن و پشت سدها به کار می­روند (نواک[8] و همکاران، 2004).

دریچه­ها به صورت زیر دسته­بندی می­شوند:

بر اساس محل قرارگیری: دریچه­های سطحی و دریچه­های تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار می­گیرند.

بر اساس کاری که انجام می­دهند: دریچه­های اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهره ­برداری قرار می­گیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه