هیدرولیک جریان برروی سرریزهای کلیدپیانویی تحت هندسه ی متفاوت پایه ها

با توجه به افزایش طول موثر و به تبع آن افزایش راندمان تخلیه در سرریزهای کلیدپیانویی می توان از آنها در سرریز سدها و یا سازه های تنظیم آب در شبکه های آبیاری و زهکشی استفاده نمود. در پژوهش حاضر تاثیر شکل هندسی پایه های نصب شده زیر کلیدهای خروجی بر راندمان هیدرولیکی این سرریزها بررسی شده است. استفاده از این سرریزها در مخازن سدها منجر به افزایش تراز سطح آب و افزایش حجم ذخیره در مخزن می شود. در مطالعات گذشته بدون در نظر گرفتن شکل پایه با استفاده از مدل فیزیکی ضریب تخلیه ای سرریزهای کلیدپیانویی به صورت روابط بدون بعد از پارامترهای هندسی سرریز و بار آبی ارائه شده است.
به این منظور ابتدا دو سرریز با نسبت های ارتفاع به عرض یک سیکل 33/1، (مدل 1)، و 50/0، (مدل 2)، ساخته شد. همچنین در هر مدل، از پایه های تخت، مثلثی و نیم استوانه به همراه مدل شاهد (بدون پایه)، جهت مقایسه ی راندمان هیدرولیکی استفاده گردید. در مجموع 8 مدل تهیه و در دبی های مختلف آزمایش های هیدرولیکی انجام شد. محدوده ی تغییرات دبی به گونه ای انتخاب گردید، تا اولا، داده های زیادی جمع آوری شود و ثانیا، هم شرایط آزاد و هم شرایط مستغرق برای سرریز ایجاد گردد. حداقل دبی کاربردی 1 لیتر بر ثانیه با کنترل عدد وبر به عنوان پارامتر کشش سطحی و حداکثر 130 لیتر بر ثانیه در نظر گرفته شد. آزمایش ها در آزمایشگاه مدل های فیزیکی هیدرولیکی دانشگاه شهید چمران اهواز و در یک فلوم آزمایشگاهی به عرض کف 80 سانتی متر و طول 12 متر انجام شد.
به طور کلی یافته های تحقیق حاضر نشان داد که در مجموع راندمان تخلیه هیدرولیکی مدل 1 ، با نسبت P/Wu، برابر 33/1، بیشتر از مدل 2 با نسبت P/Wu برابر با50/0، می باشد. این موضوع مستقل از شکل پایه هاست. از طرفی در هر دو مدل در یک بار آبی یکسان، دبی تخلیه سرریز با پایه ی مثلثی از سایر حالات بیشتر است. بر اساس نتایج به دست آمده از آزمایش های این تحقیق مشخص گردید که در هر دو مدل سرریز کلید پیانویی تغییرات دبی-اشل خطی بوده و این به مفهوم قدرت مناسب تنظیم کنندگی سطح آب بالادست سرریزهای می باشد. جهت مقایسه ی راندمان هیدرولیکی سرریزهای کلیدپیانویی از معادله ی عمومی سرریزها، استفاده شد. در این بخش نتایج نشان داد که راندمان هیدرولیکی پایه ی مثلثی از دیگر شکل های بررسی شده بیشتر است؛ پایه ی نیم استوانه در جایگاه دوم قرار دارد و همچنین تفاوتی میان پایه ی تخت و مدل شاهد (بدون پایه) وجود ندارد. در پایه ی استوانه ای از نظر هیدرودینامیکی خطوط جریان به صورت تدریجی دارای انحنا گشته و افت انرژی کمتری به وقوع می پیوندد. از این رو در مدل های 1 و 2، بیشینه ی ضریب دبی محاسبه شده نسبت به حالت تخت و بدون پایه به ترتیب 15 و 17 درصد بیشتر است.
استفاده از پایه با شکل های مختلف اثر معنی داری بر راندمان تخلیه سرریزهای کلیدپیانویی دارد. به نحوی که در مدل 1، بیشینه ضریب دبی برای پایه های مثلثی، نیم استوانه، تخت و مدل شاهد، به ترتیب برابر 61/0، 54/0، 48/0 و 46/0 بدست آمد که این مقادیر در نسبت های استغراق (نسبت هد جریان بالادست سرریز، Ht، به ارتفاع سرریز، P) حدود 1/0 به وقوع پیوست.