فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال سوم شماره 4 (زمستان 1387)

  • تاریخ انتشار: 1387/10/11
  • تعداد عناوین: 5
|
  • سعید گلیان*، بهرام ثقفیان، محمود ذاکری نیری صفحه 1

    روش های تحلیلی مختلفی مانند تقریب موج سینماتیکی (KW) و تقریب موج پخشی (DW) برای بررسی جریان در فاز دامنه ای وجود دارد. در این مقاله دو تقریب موج پخشی و سینماتیک در جریان ماندگار برای برخی حالتها مقایسه شده است. برای اولین بار تفاوت این دو روش در محاسبه زمان تعادل حوزه ای مستطیلی و موقعیت خطوط هم پیمایش و نیز اثر شیب کف بر زمان پیمایش بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که زمان تعادل به دست آمده برای صفحه مستطیلی با استفاده از تقریب موج پخشی بیشتر از زمان تعادل به دست آمده از تقریب موج سینماتیکی است. برای مثال با کاهش شیب بستر از 01/0 به 001/0، زمان تعادل در تقریب موج سینماتیکی 99% و در تقریب موج پخشی 130% افزایش می یابد، ضمن اینکه اختلاف نسبی این دو روش نیز نزدیک به 14% افزایش می یابد. همچنین با کاهش شیب کف برای زمانهای پیمایش برابر، فاصله خطوط هم پیمایش به دست آمده از حل موج سینماتیکی و موج پخشی نسبت به هم اختلاف بیشتری خواهند داشت. همچنین به ازای 10% اختلاف نسبی بین زمان تعادل تقریب موج پخشی و موج سینماتیک، معیار برآورده می شود.

    کلیدواژگان: موج پخشی، موج سینماتیکی، زمان تعادل، خطوط هم پیمایش، شیب اصطکاکی
  • محمد جواد منعم*، محمد صادق کیاپاشا صفحه 13

    محدودیت منابع آب و عملکرد ضعیف شبکه های آبیاری، توجه بیشتر محققان را به بهبود مدیریت توزیع و تحویل آب با به کارگیری سیستم های کنترل مناسب تر جلب کرده است. توسعه سیستم های کنترل در کانال های آبیاری به دلیل پیچیدگی رفتار هیدرولیکی، مستلزم استفاده از مدل های هیدرودینامیک است. امروز استفاده از تئوری فازی در بسیاری از مسائل مهندسی معمول شده است. در این تحقیق از تئوری فازی برای کنترل جریان در کانال های آبیاری استفاده شده است. به منظور توسعه مدل ریاضی سیستم کنترل فازی، از مدل هیدرودینامیکICSS -که توانایی شبیه سازی شرایط هیدرولیکی جریان غیر ماندگار را در تعامل با سیستم های کنترل دارد - استفاده شد. پس از توسعه سیستم کنترل فازی، عملکرد آن در کانال استاندارد شماره دو، معرفی شده توسط ASCE، با در نظر گرفتن تغییرات قابل توجه آبگیری از کانال، مطالعه شد. برای ارزیابی سیستم کنترل فازی از شاخص های خطای مطلق حداکثر، خطای مطلق تجمعی و زمان عکس العمل سیستم و نمودار تغییرات زمانی عمق آب، بازشدگی دریچه و دبی جریان استفاده شده است.
    نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اعمال تغییرات در نظر گرفته شده برای آبگیری از کانال، حداکثر انحراف عمق آب از عمق هدف به میزان 9/1 درصد است. همچنین حداکثر زمان لازم برای بازگشت عمق جریان به محدوده یک درصدی از عمق هدف پس از خارج شدن از این محدوده -که سرعت عکس العمل سیستم را نشان می دهد- 8/1 دقیقه بوده است. این مقادیر حاکی از آن است که سیستم کنترل فازی توسعه یافته عملکرد مناسب و مطلوبی را در کنترل پایین دست کانال آبیاری ارائه کرده و برای کاربرد در شرایط واقعی قابل توصیه است.

    کلیدواژگان: سیستم کنترل فازی، کانال های آبیاری، کنترل پایین دست، مدل ریاضی، ICSS
  • عاطفه منصوری، محمدحسین امید*، ابراهیم امیری صفحه 27

    حوضچه آرامش ذوزنقه ای، به دلیل کارایی بالای استهلاک انرژی، کمتر بودن نسبت عمق ثانویه نسبت به مقاطع مستطیلی و نیاز نداشتن به سازه تبدیل، همواره مورد توجه طراحان سازه های آبی است. این نوع مقطع، معایبی مانند ناپایداری جهش، طول زیاد و تشکیل گردابه در طول جهش و انتقال آن به پایین دست را دارد که کاربرد آن را با تردید روبه رو می سازد. لذا در این تحقیق امکان برطرف ساختن معایب جهش در مقاطع ذوزنقه ای با استفاده از بلوک های کف و نیز تاثیر بلوک بر نسبت عمق ثانویه و افت انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از یک گروه بلوک در کف حوضچه آرامش، ضمن کاهش محسوس نسبت عمق ثانویه و طول جهش و افزایش استهلاک انرژی، تاثیر قابل ملاحظه ای بر بهبود وضعیت جهش، کاهش گردابه های عرضی و کنترل جهش در محدوده مورد نظر دارد.

    کلیدواژگان: جهش هیدرولیکی، حوضچه آرامش ذوزنقه ای، بلوک کف، استهلاک انرژی
  • نازنین خضری، امیررضا زراتی*، فرهاد گلزاری صفحه 39

    از پرتاب کننده جامی برای دور کردن جریان پر سرعت از سرریز یا تونل تخلیه کننده و انتقال آن به حوضچه استغراق به منظور استهلاک انرژی استفاده می شود. طراحی جام های پرتابی معمولا با توجه به مطالعات مدل های فیزیکی یا منحنی های طراحی مبنتی بر اندازه گیری های میدانی انجام می شود. انجام آزمایشها روی مدل فیزیکی،گران قیمت و تغییر دادن در اجزای مدل بسیار مشکل و پر هزینه بوده و تقریب منحنی های طراحی نیز زیاد است. هدف از این تحقیق، بررسی فشار پویا بر روی پرتاب کننده جامی با به کار گیری نوعی مدل عددی (Fluent) است. به این منظور، توزیع فشار بر روی جام پرتابی، مقدار و محل وقوع فشار حداکثر، اثر عدد فرود جریان ورودی بر جام پرتابی و نسبت عمق جریان به شعاع جام با توجه به نتایج حاصل از روش عددی و مقایسه با نتایج تئوری و آزمایشگاهی موجود بررسی شده است. مقایسه نتایج آزمایشگاهی توزیع فشار و سطح آزاد با نتایج حاصل از مدل عددی نشان می دهد که، خطای به دست آمده کمتر از 10% بوده و این نشان دهنده توانایی مدل عددی در تحلیل و طراحی جام های پرتابی است.

    کلیدواژگان: جام پرتابی، روش عددی، فشار دینامیکی، سرریز، فلوئنت
  • امیر مقیسه *، همایون ریاحی، عباس رهی صفحه 53

    در این مقاله نوسان رایزر در راستای جریان و همچنین در جهت عمود بر آن مدل سازی و تحلیل می شود. از آنجا که رایزرها تحت اثر نیروهای تناوبی درگ و لیفت قرار دارند، نوسان رایزر در هر مقطع موجب بروز تنش های متناوبی می شود که این تنش ها انباشت آسیب خستگی در رایزر را به دنبال داشته و عمر آن را محدود می سازد. پس از مدل سازی نیروها و بررسی معادلات حاکم بر حرکت، این تنش های نوسانی تخمین زده شده و بر اساس تاریخچه بارگذاری در هر مقطع از رایزر، آسیب انباشته شده محاسبه می شود.

    کلیدواژگان: آسیب خستگی، رایزر دریایی، تنش های متناوب
|
  • S. Golian, B. Saghafian, M. Zakeri Niri Page 1

    Different analytical methods such as kinematic wave (KW) and diffusive wave (DW) approximation can be used to investigate the overland flow mechanism. In this article, for the first time, the results of these two methods are compared in calculating the travel time of flow over a rectangular plane. Positions of isochrones and the effect of bed slope on travel time are also investigated. It is elaborated that travel time of the rectangular plane in diffusion wave approximation is greater than that of the kinematic wave approximation. For example, by decreasing bed slope from 0.01 to 0.001 the travel time will increase by 99% in kinematic wave approximation and 130% in diffusive wave approximation. Also, the relative difference of the two methods will increase by 14%. It is also deduced that by decreasing the bed slope, the difference between the two subsequent isochrone distances will become greater in diffusion wave approximation than that of the kinematic wave approximation. On the other hand, with 10% of relative difference between kinematic and diffusive waves the criterion of < 5 would be fulfilled.

  • M. J. Monem Kiapasha Page 13

    Limited water resources and poor performance of irrigation networks has attracted the attention of experts to improve water delivery management by application of improved control systems. Improved control systems in irrigation canals, because of complex hydraulic behavior, should be developed and tested using mathematical and hydrodynamic models. Fuzzy theory has been widely and successfully applied in several engineering control problems. In this research fuzzy theory has been applied for control of irrigation canals. For the development of fuzzy control system, the ICSS hydrodynamic model which could simulate unsteady hydraulic behavior in response of control systems in irrigation canals is used. The performance of developed mathematical model of fuzzy control system is tested in canal standard no. 2 introduced by ASCE, considering large flow variations. The performance of fuzzy control system is evaluated using several indicators such as, maximum absolute error, cumulative absolute error, and response time. The figures of flow, depth, and gate opening variations in time are analyzed as well. The results show that by applying large flow variations, the maximum depth deviation was 1.9%. The maximum response time for water depth to be stabilized within 1% range of target depth was 1.8 minutes. The results indicate that the developed fuzzy control system was successful in downstream control of irrigation canal and could be introduced for practical applications.

  • A. Mansouri, Mh. Omid, E. Amiri Page 27

    Over the decades, extensive data have been gathered for the design of stilling basins but most of these data are restricted to jumps in rectangular channels. However, geometries different from the rectangular such as trapezoidal cross sections are also considered for stilling basins. On the other hand, unsteadiness of jump and increase in jump length are unwanted changes in the characteristics of such basins. In this study, the effect of basin blocks on the jump characteristics in a stilling basin of trapezoidal cross section is investigated. Five different block sizes corresponding to Froude numbers of 4, 5.5, 7, 8 and 9 for three different block locations of 0.8d2, d2 and 1.2 d2 from the jump toe were studied (d2 is the sequent depth). The results show that the installation of a set of basin blocks may improve the jump condition and decrease the unsafe transverse waves and vortices. It was also found that the basin blocks cause a significant reduction in the sequent depth ratio and jump length, and an increase of the energy loss in the jump relative to those observed in the jumps occurring in a trapezoidal stilling basin without blocks.

  • N. Khezri, A.R. Zarrati, F. Golzari Page 39

    Flip buckets are used as terminal structures at the end of chute spillways or bottom outlets. Flow after a bucket is issued in the form of a jet to a location far from the bucket where it impacts the river bed and forms a plunge pool. Energy of high speed flow is dissipated in the plunge pool and flow enters the river with a low velocity. Design of buckets and calculation of dynamic pressures over a bucket is usually done by physical model studies or design charts based on field measurements. Physical model studies are expensive and modification of the model takes time and is also difficult. Design charts are also developed based on limited field measurements. In the present study dynamic pressures over flip buckets are calculated using a numerical model. To simulate the free surface high speed flow over buckets, FLUENT computer code is employed. The numerical model was verified using existing experimental data. Free surface location, as well as pressure distribution over buckets were compared with measurements and very good agreement was obtained. The effect of Froude number and ratio of flow depth to bucket radius was also investigated. The results of analytical models for pressure distribution over buckets were also analyzed, discussed and compared with numerical data.

  • A. Moghiseh, H. Riahi, A. Rahi Page 53

    Offshore gas and oil fields are being discovered and exploited nowadays in water depths of more than 2000 m. The operation in depths increases the external forces so that the equipments should be more advanced and expensive. Fatigue damage accumulation is one of the most important problems about marine structures that are exposed to the alternative loads. Riser is one of these structures. The surrounding environment of riser causes alternative stresses and fatigue in riser. To obtaini these stresses, the analysis of the vortex induced vibration in two direction, in-line and cross flow, is necessary. The risers are long relative to their cross sections so that the Euler-Bernoulli theory is applicable for description of the pipe dynamic bending. The flow and riser motion in x direction forms a vortex shedding in front of riser. These vortices cause the drag force in x direction and the lift force in y direction. These forces are time dependent. The drag force is obtained from Morison’s formula. The lift force excites the vibration in y direction. After obtaining the equation of motion and solving it by using numerical methods such as Galerkin, finite difference and Runga-Kutta fourth order method, the riser deflection in two directions will be obtained and the stress at the outer diameter of riser will be calculated. The fatigue damage accumulation in the riser can be obtained by using Shigley theory and Palmgren-Miner rule.