پایان نامه با کلید واژگان هیدرولیک، جمع آوری اطلاعات، دانه بندی، زمان بندی

دانلود پایان نامه ارشد

(7-3)
در رابطه فوق Rشعاع هیدرولیکی است که از رابطه R=A/P محاسبه می شود که در آن A سطح مقطع جریان و P محیط تر شده می باشد. همچنین n ضریب زبر مانینگ کانال می باشد که با توجه به جدول ارائه شده در کتاب هیدرولیک کانال های باز دکتر ابریشمی و همچنین به مصالح به کار رفته در کانال (یک دیواره پلکسی گلاس و طرف دیگر بتنی) برابر با 0/012 می باشد.
گام نهم
محاسبه سرعت جریان بحرانی با توجه به شدت جریان
U/U_C =U_*/U_(*c) =0/9→U_C=U/(0/9)=(28/8)/(0/9)=32 cm⁄sec
تذکر: در گام چهارم سرعت برشی بحرانی را بوسیله رابطه تجربی ملویل و کلمن (2000) نیز می توان بدست آورد:
u_(*c)=0/0115+0/0125 〖d_50〗^(1/4) 0/1 mmd_501 mm (8-3)
u_(*c)=0/0305〖d_50〗^(0/5)+0/0065 〖d_50〗^(-1) 1 mmd_50100 mm (9-3)
که با توجه به دانه بندی انجام استفاده شده در این تحقیق(d_50=0/88 mm) داریم:
u_(*c)=0/0115+0/0125 〖(0/88)〗^(1/4) =0/0219 m/sec =2/19 cm/sec
همان طورکه ملاحظه می شود عدد بدست آمده با مقدار بدست آمده در گام چهارم تقریباّ یکسان است.
3-8-2. روش فرمول های تجربی63
از رابطه های تجربی که به وسیله نیل (2000) و گرید(2003) ارائه شده است نیز می توان سرعت بحرانی جریان را با توجه قطر متوسط ذرات و عمق جریان بدست آورد:
رابطه Grade:
u_c/√(((γ_(s-) γ_w)d_50)/ρ)=log⁡Z/2+1/63 (10-3)
رابطه Neil:
〖u_c〗^2/((γ_s/γ_w -1).g.d_50 )=2/5*Z^(0/2) (11-3)
که در رابطه فوق :
h= 0/15 m
d_50=0/88×〖10〗^(-3) m
Z=h/d_50
ρ=1000 Kg/m^3
γ_s=2/65γ_w
γ_w=9806N/m^3
که پس از جای گذاری مقادیر فوق در رابطه های مربوطه مقدار سرعت بحرانی از رابطه نیل و گرید به ترتیبcm/sec 5/31 و cm/sec7/32 بدست می آید.
3-8-3. آزمایش تعیین سرعت بحرانی64
سرعت بحرانی ذرات را می توان از طریق انجام آزمایش در آزمایشگاه و به صورت تقریبی بدست آورد که در تحقیق حاضر از روش زیر برای این کار استفاده شده است. در این روش ابتدا یک دبی با مقدار ثابت و معین در کانال برقرار می شود که دبی مذکور و ارتفاع جریان باید به گونه ای باشندکه ذرات بستر هیچ گونه حرکتی نداشته باشند، سپس توسط دریچه تنظیم ارتفاع جریان، ارتفاع جریان را آهسته آهسته و با گام 1mm کاهش داده که با توجه به ثابت بودن دبی، سرعت آن افزایش می یابد. با افزایش سرعت جریان نیروی برشی که از طرف آن به بستر ماسه ای وارد می شود افزایش می یابد. این کار را تا زمانیکه ذرات در آستانه حرکت قرار بگیرند، ادامه داده می شود. آستانه حرکت ذرات زمانی فرا می رسد کــه اگـــر ارتــفاع آب 1 mm دیگر کاهش یابد ذرات شروع به حرکت می کنند. سپس با داشتن عمق جریان، دبی و سطح مقطع کانال می توان سرعت متوسط جریان که همان سرعت بحرانی می باشد را از طریق رابطه دبی بدست آورد. برای حصول اطمینان بیشتر این عمل را در دبی های مختلف تکرار می کنیم. در این جا ذکر دو نکته الزامی است:
نکته اول: منظور از حرکت ذرات، ذرات با قطر d_50 می باشد.پس حرکت ذرات ریزتر از قطر d_50 ملاک نبوده و افزایش سرعت جریان تا زمانیکه ذرات با قطر d_50 حرکت کنند ادامه می یابد.
نکته دوم: زمانی به حالت بحرانی می رسیم که تمام ذرات با قطر d_50 که در یک سطح مقطع مشخص هستند شروع به حرکت کنند و حرکت این ذرات به صورت پراکنده و نقطه ای ملاک نمی باشد.
محاسبات مربوط به تعیین سرعت بحرانی به روش فوق در زیر آورده شده است:
آزمایش اول:
Q = 4/32 lit/sec
h = 7/16 cm
B = 6/0 m
V_c=Q/(B×h)=(0/0324)/(0/167*0/6)=0/323 m/sec
آزمایش دوم:
Q = 3/28 lit/sec
h = 5/14 cm
B = 6/0 m
V_c=Q/(B×h)=(0/0283)/(0/145×0/6)=0/325 m/sec

آزمایش سوم:
Q=25 lit/sec
h = 2/13 cm
B = 6/0 m
V_c=Q/(B×h)=(0/0250)/(0/132*0/6)=0/315 m/sec
آزمایش چهارم:
Q = 5/35 lit/sec
h=18 cm
B = 6/0 m
V_c=Q/(B×h)=(0/0355)/(0/180*0/6)=0/328 m/sec
تذکر: همان طور که ملاحظه می شود، مقادیر بدست آمده برای سرعت بحرانی بسیار به هم نزدیک می باشند و علت تفاوت اندک آنها را می توان خطای ناشی از دید و تشخیص حرکت ذرات بیان کرد.
در نهایت سرعت بحرانی انتخاب شده بــــــرای ذرات با قطر d_50=0/88 mm عدد cm⁄sec 32 می باشد. علت انتخاب این عدد هم رعایت نمودن جانب احتیاط و حصول اطمینان از اینکه آزمایـــش ها حتماً در شرایط جریان آب صاف انجام شوند، می باشد.
3-9. برنامه ریزی آزمایش ها
استفاده از طوقه ها بوسیله بسیاری از محققین به عنوان یک روش کار آمد برای کاهش عمق آب شستگی پیشنهاد شده است. با این وجود در انجام مطالعات آزمایشگاهی در مورد آب شستگی پایه ها بویژه پایه های مجهز شده به طوقه ها نکاتی زیادی وجود دارد که باید در نظر گرفته شوند. بدین منظور در این تحقیق برای بررسی اثر طوقه های لبه دار بر فرآیند آب شستگی آزمایش ها به شرح زیر در نظر گرفته شده اند:
آزمایش ها در شرایط آب صاف و در شدت جریان ( 9/0= U/U_C ) انجام شد و درآن طـوقه های به قطر2D (D=5cm قطر پایه) درترازهای مختلف از قبیل cm Z=0،∓2/5،+5،-1/5،-3 از بستر قرار گرفتند. همچنین هر یک از طوقه های دارای لبه های قائم و مایل بـــا ارتـــفــاع 0.5،1، 5/1سانتی متری می باشند. در این آزمایش ها برای مشاهده اثر طوقه ها بر زمان بندی آب شستگی، عمق آب شستگی در فاصله 1سانتی متری نقطه عمق ماکزیمم (به عنوان نقطه مبنا) در زمان های مختلف ثبت می شود.به علت وجـــود طــــوقه و شکل دســــتگاه Bed profiler امکان قرائت نقطه ماکزیمم (در مجاورت بالا دست پایه) وجود نداشت. زمان هایی که در آن عمق نقطه مبنا اندازه گیری می شود نیزمشخص بوده که بر حسب دقیقه عبارتنداز:
0،1.5،3،4.5،6،7.5،9،12،15،18،21،24،27،30،35،40،45،50،55،65،75،85،95،105،120،135،150،165،180،210،240،270
به علت اینکه در دقایق اولیه آزمایش سرعت آب شستگی زیاد است فواصل زمانی بین قرائت ها کم در نظر گرفته شده است ولی با گذشت زمان و کاهش سرعت آب شستگی فواصل زمانی بین قرائت ها نیز افزایش یافته است. با توجه به اینکه مدت زمان رسیدن به ماکزیمم عمق آب شستگی در حالت آب صاف بسیار طولانی می باشد و بخش زیادی از آب شستگی در ساعات اولیه اتفاق می افتد و همچنین به علت بالا بودن هزینه انجام آزمایش ها مدت زمان این سری از آزمایش ها 4.5ساعت انتخاب شد.بعضی از محققین مثل آلابی(2006) اعلام کردندکه حتی پس از 265ساعت آزمایش بازهم ماکزیمم عمق آب شستگی رخ نداده و سرعت آب شستگی در ساعات آخر آزمایش هایشان بسیار کاهش یافته است.
آزمایش های مربوط به پایه بدون طوقه و پایه با طوقه بدون لبه که در ارتفاع های Z=0،∓2/5،+5،-1/5 سانتی متری از بستر قرار گرفته باشد نیز انجام می شود. تعدادآزمایش ها 36 عدد می باشد.
3-10. روش کلی انجام آزمایش ها و جمع آوری اطلاعات
برای انجام هر آزمایش ابتدا مدل در قسمت کار و در وسط فلوم قرار می گیرد. برای این کار بخشی از ماسه داخل قسمت کار کنار گذاشته می شود و پایه داخل ماسه که دارای ضخامت 20cm است کار گذاشته می شود. زمانی که انتهای پایه به بستر درشت دانه (که در زیر قسمت ماسه ای جهت زهکشی قرار داده شده است) رسید اطراف پایه با ماسه پر می شود و به خوبی متراکم می شود تا فضای خالی که در اثر برداشته شدن ماسه در میان ذرات آن بوجود آمده از بین برود. بعد از این که پایه به وسیله یک تراز به حالت کاملا عمودی قرار گرفت، قسمت بالای پایه به وسیله یک سازه چوبی(شکل(ب3-14))به دیواره های فلوم محکم می شود. سپس بـــوسیــــله یک ماله چـــــوبـــی(شکل(الف3-6))که در بالای فلوم نصب می شود عرض آن با عرض فلوم یکسان و قابل حرکت است،کل ماسه قسمت کار تسطیح و هم تراز می شود. سپس Bed profiler در قسمت پیش بینی شده (که برای قرائت عمق آب شستگی در طول زمان آزمایش در نظر گرفته شده) قرار می گیرد و پس از کــــالیــــبره کرده آن با سطح اولیه بستر، صفر می شود. سپس دو صفحه فلزی(شکل(3-8)) که هر یک از آنها دارای یک سوراخ نیم دایره ایی به قطر 50mm (قطر پایه) هستند در اطراف پایه قرار می گیرند تا از شسته شدن بستر تا زمانیکه شرایط جریان به شرایط جریان مورد نظر می رسد جلوگیری کنند. برای جلوگیری کردن از شسته شدن ماسه های بستر در هنگام پر کردن کانال، ابتدا پایین دست کانال بوسیله یک شیلنگ مخصوص پر می شود، سپس آب به آرامی از پایین دست وارد کانال می شود. در مرحله بعد سطح جریان داخل کانال به وسیله دریچه نصب شده در پایین دست کانال به اندازه کافی بالا آورده می شود. سپس پمپ را روشن و شیر آن را به آرامی باز می کنیم و مقدار دبی وارد شده به کانال را آهسته آهسته زیاد می شود. زمانی که سطح آب در بالای دریچه مثلثی شکل به نوک پوینت گیج رسید یعنی دبی داخل کانال به دبی مورد نظر رسیده است. سپس بوسیله دریچه نصب شده در پایین دست فلوم ارتفاع آب داخل کانال به مقدار مورد نظر تنظیم می شود. چک کردن ارتفاع آب داخل کانال بوسیله خط کش نصب شده بر جداره(ساخته شده از پلکسی گلس) فلوم انجام می پذیرد. زمانیکه ارتفاع آب داخل کانال نیز تنظیم شد صفحه هایی که به منظور جلوگیری از شسته شدن ماسه های اطراف پایه طراحی شده اند برداشته می شوند و زمان آزمایش نیز از همین لحظه آغاز می شود.در تمام طول آزمایش عمق آب شستگی یک نقطه (که در فاصله 5cm از مرکز پایه قرار دارد و به عنوان نقطه مبنا در نظر گرفته شده است) اندازه گیری می شود. امکان اندازه گیری ماکزیمم عمق آب شستگی که در بالا دست پایه و در فاصله cm5/2 از مرکز پایه قرار دارد وجود ندارد و علت آن هم وجود طوقه می باشد. البته به جداره هر یک از پایه ها یک متر شیشه ایی نصب شده است ولی دقت قرائت آن به علت کدر بودن جریان پایین می باشد. در شروع آزمایش فواصل زمانی بین قرائت ها کم می باشد و علت آن هم بالا بودن سرعت آب شستگی در دقائق اولیه می باشد ولی با کم شدن سرعت آب شستگی ( که در اثر تضعیف قدرت مکانیزم های موثر بر آن اتفاق می افتد) فواصل زمانی بین قرائت ها افزایش می یابد. در انتهای هر آزمایش ابتدا پمپ خاموش می شود و سپس آب داخل کانال به آرامی تخلیه می شود تا از شسته شدن ماسه ها جلوگیری شود. سپس ابتدا ماکزیمم عمق آب شستگی به وسیله یک پوینت گیج با دقت بالا خوانده می شود و بعد از آن بوسیله دستگاه Bed profiler نقاط مختلف گودال آب شستگی در یک مش که ابعاد خانه های آن 2/5*2/5cm است قرائت می شود.

الف ب
شکل3-14:الف: ماله چوبی جهت تسطیح سطح بستر ب: سازه چوبی جهت محکم نگه داشتن پایه

فصل چهارم
ارائه و آنالیز نتایج

4-1. معرفی
در این فصل نتایج حاصل از تمامی آزمایش‌ها در قالب جدول و نمودار ارائه و سپس با هم مقایسه می شوند. نکته قابل ذکر این است که آزمایش‌های مربوط به طوقه‌های بدون لبه به منظور مقایسه با نتایج طوقه‌های لبه‌دار و بررسی کارایی این طوقه‌ها در کاهش قدرت مکانیزم های موثر بر آب شستگی انجام‌شده است.
4-2. نتایج آزمایش‌ها
همان طور که در فصل سوم اشاره شد آزمایش‌ها در شرایط آب صاف و در شـــدت‌جــــریان 9/0= U_*/U_(*c) انجام‌شده است. علت انتخاب شدت‌جریان مذکور در نظر گرفتن بحرانی‌ترین حالت و وقوع بیشترین عمق آب شستگی در شرایط آب صاف می‌باشد. هدف از انجام آزمایش‌های این سری بررسی اثر لبه‌های قائم و مایل طوقه‌ها بر سرعت، بیشینه عمق و حجم گودال آب شستگی در شرایط آب صاف می‌باشد. همچنین آزمایش‌های مربوط به طوقه‌های بدون لبه نیز انجام‌شده تا نتایج آنها با نتایج طوقه‌های لبه‌دار مقایسه شوند. نحوه انجام آزمایش، چگونگی ترسیم توپوگرافی گودال آب شستگی، محاسبه حجم آن و بدست آوردن بیشینه عمق آب شستگی در فصل سوم آورده شده است. همچنین قابل‌ذکر است که نمودار عمق آب شستگی

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با کلید واژگان دانه بندی، مدل سازی Next Entries پایان نامه با کلید واژگان ضریب همبستگی