بررسی آزمایشگاهی تاثیر شکل کلاسترهای مختلف بر ضریب مقاومت جریان

بررسی ضریب مقاومت در جریان ها به ویژه در جریان های آزاد، کانال ها و رودخانه ها از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از عوامل تاثیر گذار بر مقاومت جریان شکل بستر در آبراهه ها می باشد. ریزساختار های کلاستری از جمله شکل های بستر در رودخانه های مناطق کوهستانی می باشند که از نظر بیولوژیک و همچنین هیدرولیک ریزجریان ها (جریان های ثانویه) حائز اهمیت هستند. مطالعه در زمینه شناخت و تاثیرات کلاستر ها در سرتاسر دنیا بسیار نوپا بوده است. هدف پژوهش حاضر بررسی آزمایشگاهی تاثیر شکل کلاستر و اندازه ذرات سازنده کلاسترها بر ضریب زبری جریان می باشد.
برای بررسی تاثیر شکل و اندازه ذرات تشکیل دهنده کلاسترها، آزمایشهایی در یک کانال آزمایشگاهی به طول 20 متر، عرض6/0 متر و ارتفاع 6/0 متر انجام گرفت. با استفاده از ذرات سنگریزه با سه اندازه متفاوت 5/9، 5/12، 5/15 میلی متری درفلوم آزمایشگاهی، کلاسترهای با شکل های کپه ای، خطی و حلقه ای ساخته و مورد بررسی قرار گرفتند. دو ضریب زبری دارسی ویسباخ و مانینگ با استفاده از اندازه گیری شیب سطح آب محاسبه گردیدند.
نتایج پژوهش حاضر نشان داد که کلاسترهای خطی شکل دارای کمترین تاثیر بر میزان ضریب مقاومت جریان هستند. کلاسترهای حلقه ای و کپه ای دارای ضریب زبری بیشتری نسبت به کلاستر خطی هستند لیکن هر دو تقریبا دارای تاثیر یکسانی بر مقاومت جریان هستند. نتایج این دو شکل از کلاستر، برای ذرات 5/9 و 5/12 میلی متری بسیار نزدیک به هم بوده ولی برای ذرات 5/15 میلی متری ضریب زبری کلاستر کپه ای بالاتر از ضریب زبری اشکال دیگر است. همچنین با افزایش قطر ذرات سنگریزه سازنده کلاسترها میزان ضریب زبری مانینگ افزایش پیدا می کند. با انجام آزمایش ها با ذرات سنگریزه با قطرهای مختلف، درصد تغیرات ضریب زبری نسبت به حالت بدون کلاستر برای کلاستر کپه ای در ذرات 5/9، 5/12 و 5/15 میلی متر به ترتیب 47، 52 و 75 بوده است. برای کلاسترهای حلقه ای شکل و ذرات5/9، 5/12و 5/15 میلی متری درصد تغییرات به ترتیب 48، 49 و 75درصد بدست آمدند و این درصد برای کلاسترهای خطی شکل برای ذرات 5/9 میلی متری19 درصد و ذرات 5/12 و 5/15میلی متری به ترتیب 37 و 67درصد مشاهده شدند که نشان دهنده افزایش مقاومت جریان با افزایش اندازه قطر ذرات است. همچنین نتایج نشان داد که در آزمایش ها افزایش عدد فرود موجب کاهش ضریب زبری می گردد.
نتایج بدست آمده از آزمایش ها این نکته را به خوبی روشن ساخت که بسترهای کلاستری با اثر گذاری بر روی جریان باعث افزایش ضریب مقاومت می گردد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که کلاسترهای کپه ای دارای بیشترین اثر بر مقاومت جریان هستند.