به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

علیرضا وطن خواه

  • علیرضا وطن خواه، سعید دبیری فر، فاطمه خالقی*
    زمینه و هدف

    رینیت آلرژیک بیماری التهابی مخاط بینی بوده که می تواند زندگی روزمره بیمار را به میزان قابل توجهی تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین مطالعه حاضر با هدف بررسی تاثیر پودر سلولزی و کرومولین سدیم در کنترل علایم رینیت آلرژیک و کیفیت زندگی بیماران و همچنین ارتباط ان با یافته های سی تی اسکن  طراحی و انجام شد.

    روش کار

    مطالعه حاضر از نوع کارآزمایی بالینی بوده که برروی بیماران مبتلا به رینیت آلر‍ژیک مراجعه کننده به درمانگاه ENT بقیه ا..(عج) انجام شد. مطالعه بصورت رندوم و تک فاز در دو گروه (50 نفر برای هر گروه) و با استفاده اسپری کرومولین با دوز 3 پاف در روز و اسپری نازالیز با دوز 3 پاف در روز به مدت 6 هفته در بیماران صورت گرفت. تکمیل پرسشنامه کیفیت زندگی  RQLQ،  نمره اندوسکوپی بینی بر اساس معیار Lund ،Kennedy score و نمره دهی آنالوگ دیداری (VAS) صورت گرفت.همچنین در این مطالعه بیماران با تشخیص بالینی رینیت الرژیک جهت انجام سی تی اسکن سینوس های پارانازال و بدون درمان طبی به بخش های سی تی اسکن بیمارستان های دانشگاه علوم پزشکی بقیه الله ارجاع شده و تحت سی تی اسکن  پارانازال قرار گرفتند و و شاخص هایی از قبیل پولیپ، ضخیم شدگی خفیف مخاطی بدون انسداد ،افزایش دانسیته استخوانی جدار سینوس، انحراف سپتوم ،هیپرتروفی کورنه تحتانی و کونکا بلازا مورد بررسی قرار گرفتند. سپس یافته های سی تی اسکن توسط تنها یک متخصص رادیولوژی به صورت Blindگزارش گردید. داده های جمع آوری شده از هر دو  گروه مورد مطالعه توسط تست های آماری مربوطه با هم مقایسه شد. سطح معنی داری جهت اختلاف داده ها 0.05 در نظر گرفته شد.

    یافته ها

    شدت گرفتگی بینی پس از اتمام 6 هفته درمان در گروه کرومولین سدیم 0.97 ± 2.27 و در گروه پودر سلولز 1.1 ± 4.61 بود. میانگین شدت گرفتگی بینی پس از درمان بین دو گروه اختلاف معنی داری داشت. (P=0.03). بررسی های آماری نشان داد که میزان شدت عطسه و همچنین میزان شدت آبریزش بینی در هر دو گروه بعد از اتمام درمان به صورت معناداری بهبود داشت. (P=0.00). میانگین نمره RQLQ پس از درمان در گروه کرومولین سدیم 5.71 ± 22.525 و در گروه پودر سلولز2.91 ± 25.85 بود. میانگین نمره RQLQ پس از درمان بین دو گروه اختلاف معنی داری نداشت. (P=0.073). در این مطالعه همچنین ارتباط ، یافته های سی تی اسکن در هر دو گروه بیماران قبل و بعد از استفاده از هر دو دسته دارویی مورد بررسی قرار گرفت . در این مطالعه بیماران هر دو گروه قبل از شروع درمان تحت سی تی اسکن قرار گرفتند و و شایع ترین یافته ها در هر دو گروه در سی تی اسکن به ترتیب پولیپ، ضخیم شدگی خفیف مخاطی بدون انسداد ،افزایش دانسیته استخوانی جدار سینوس، انحراف سپتوم ،هیپرتروفی کورنه تحتانی و کونکا بلازا بدست امدندهمچنین با توجه به نتایج بدست امده اختلاف اماری معناداری بین یافته های سی تی اسکن در هر دو گروه یافت نشد P-value<0.05).)

    نتیجه گیری

    بر اساس نتایج این مطالعه می توان نتیجه گرفت که داروی نازالیز با توجه به بهبود علایم و کیفیت زندگی در بیماران مبتلا به رنیت آلرژیک می تواند به عنوان دارویی موثر و بدون عارضه در درمان این بیماران مورد استفاده قرار گیرد. اما از لحاظ تاثیر گذاری موثرتر از داروی کرومولین نمی باشد از طرفی دیگر هیچ ارتباطی بین یافته های سی تی اسکن در بین بیماران مبتلا به رینیت الرژیک وجود ندارد و میتوان گفت استفاده از رادیولوژی  و بالاخص سی تی اسکن به طور معمول برای رینیت الرژیک توصیه نمی شود.

    کلید واژگان: پودر سلولزی، کرومولین سدیم، رینیت آلرژیک، کیفیت زندگی، سی تی اسکن
    Alireza Vatankhah, Saeed Dabirifar, Fatemeh Khaleghi*
    Background and Aim

    Allergic rhinitis is an inflammatory disease of the nasal mucosa that can significantly affect the patient's daily life. Therefore, the present study was designed and conducted with the aim of investigating the effect of cellulose powder and Cromolyn sodium in controlling the symptoms of allergic rhinitis and the quality of life of patients, as well as its relationship with CT scan findings.

    Methods

    The present study is a clinical trial that was conducted on patients with allergic rhinitis who were referred to the ENT clinic of Baghiy A. (Aj). The study was conducted as a random and single-phase study in two groups (50 people for each group) using Cromolyn spray with a dose of 3 puffs per day and nasal spray with a dose of 3 puffs per day for 6 weeks in patients. RQLQ quality of life questionnaire, nasal endoscopy score based on Lund criteria, Kennedy score, and visual analog scale (VAS) was completed. Also, in this study, patients with a clinical diagnosis of allergic rhinitis were selected for a CT scan of the Paranasal sinuses without medical treatment. They were referred to the CT scan departments of Baqiyatullah University of Medical Sciences and underwent a Paranasal CT scan and indicators such as polyps, mild mucosal thickening without obstruction, increased bone density of the sinus wall, septal deviation, inferior corneal hypertrophy, and Conca Bellaza were investigated. Then, the findings of the CT scan were reported blindly by only one radiologist. The data collected from both study groups were compared by the respective statistical tests. The significance level for data difference was considered 0.05.

    Results

    The severity of nasal congestion after 6 weeks of treatment was 2.27 ± 0.97 in the sodium Cromolyn group and 4.61 ± 1.1 in the cellulose powder group. There was a significant difference in the mean severity of nasal congestion after treatment between the two groups. (P=0.03). Statistical analysis showed that the intensity of sneezing and also the intensity of runny noses in both groups improved significantly after the completion of the treatment. (P=0.00). The mean RQLQ score after treatment was 22.525 ± 5.71 in the sodium Cromolyn group and 25.85 ± 2.91 in the cellulose powder group. There was no significant difference between the two groups in the average RQLQ score after treatment. (P=0.073). In this study, the relationship between CT scan findings in both groups of patients before and after the use of both drug categories was investigated. In this study, both groups of patients underwent CT scans before starting the treatment, and the most common findings in both groups in the CT scan were polyps, mild mucosal thickening without obstruction, increased bone density of the sinus wall, and septal deviation. hypertrophy of the inferior cornea and Conca Blesa, also according to the obtained results, no statistically significant difference was found between the findings of the CT scan in both groups (P-value<0.05).

    Conclusion

    Based on the results of this study, it can be concluded that nasal decongestant can be used as an effective drug without complications in the treatment of allergic rhinitis patients due to the improvement of symptoms and quality of life. But in terms of effectiveness, it is not more effective than Cromolyn. On the other hand, there is no correlation between CT scan findings among patients with allergic rhinitis, and it can be said that the use of radiology and especially CT scans is not recommended for allergic rhinitis.

    Keywords: cellulose powder, Cromolyn sodium, allergic rhinitis, quality of life, CT scan
  • نوشین اصلاحی، علیرضا وطن خواه*، محمد صدقی اصل

    با افزایش سرعت جریان و عدد رینولدز در محیط های متخلخل درشت دانه و نقض قانون دارسی، تجزیه و تحلیل جریان بر اساس روابط غیرخطی شیب هیدرولیکی و سرعت جریان صورت می گیرد. لذا بررسی هر چه دقیق تر روابط غیرخطی امری ضروری می باشد. در این تحقیق، از مشتقات سازگار[1] جهت بررسی رابطه شیب هیدرولیکی و سرعت جریان در شرایط جریان آشفته ی کاملا توسعه یافته در پدیده ی جریان های غیردارسی در محیط متخلخل استفاده گردیده است. هدف از تحقیق حاضر مطالعه ی تاثیر مشتقات سازگار بر بهبود ارتباط بین سرعت جریان و شیب هیدرولیکی و بررسی عملکرد مرتبه کسری مدل است. لذا با تعیین بازه قابل قبول برای مرتبه کسری مدل، مدلی غیر خطی بر مبنای مشتقات سازگار از معادله افت فشار ایزباش برای جریان آشفته کاملا توسعه یافته، ارایه و به صورت تحلیلی حل شد و پارامترهای مدل پیشنهادی با استفاده از تجزیه و تحلیل داده های آزمایشگاهی تعیین گردید و مقادیر بهینه پارامترهای مدل شامل ضریب a و مرتبه مشتق کسری α که در این تحقیق، در دامنه صفر تا دو قابل تغییر است، برای هر مجموعه داده آزمایشگاهی محاسبه شدند. نتایج به دست آمده با داده های آزمایشگاهی و حل تحلیلی معادله ایزباش مورد مقایسه قرار گرفت و تطابق مناسبی با داده های آزمایشگاهی مربوط به جریان های غیردارسی حاصل شد. همچنین با استفاده از تحلیل ابعادی، عدد رینولدز جریان به عنوان پارامتر موثر بر ضریب α معرفی گردید و ارتباط مناسبی میان مرتبه کسری α و عدد رینولدز جریان مشاهده شد که نشان دهنده مفهوم هیدرولیکی مرتبه کسری مدل می باشد. مطابق تحقیق حاضر، مرتبه کسری α  فقط یک ضریب برازشی نبوده و بیانگر مفهوم فیزیکی می باشد.

    کلید واژگان: مشتقات سازگار، مرتبه کسری، جریان آشفته ی کاملا توسعه یافته، جریان غیردارسی، حل تحلیلی
    Nooshin Eslahi, Alireza Vatankhah *, Mohammad Sedghi Asl

    The increase of flow velocity and Reynolds number in coarse porous media and the subsequent violation of Darcy's law, force to analyze the flow based on nonlinear relations of hydraulic slope and flow velocity. So, it is necessary to study nonlinear relationships more accurately. The purpose of this study was to investigate the performance of fractional-order model and the effect of conformable derivatives on improving the relationship between flow velocity and hydraulic gradient. Therefore, by determining the acceptable range for the fractional-order model, a nonlinear model based on conformable derivatives of the Izbash equation for the fully developed turbulent flow was presented and solved analytically and the parameters of the proposed model were determined using laboratory data analysis. The optimal values of the model parameters including coefficient a and the order of fractional derivative α, which can be varied in the range of (0-2), were calculated for each laboratory data set. The results were compared with the experimental data and the analytical solution of Izbash equation and a good agreement was found to the non-Darcian flow laboratory data. Moreover, using dimensional analysis method, Reynolds number was introduced as an effective factor on α coefficient and a suitable relationship was observed between the order of fractional derivative α and Reynolds number indicating the hydraulic concept of fractional-order model. According to the present study, the fractional order α is not only a fitting coefficient, but it represents a physical concept.

    Keywords: Conformable derivatives, fractional order, Fully developed turbulent flow, Non-Darcian flow, analytical solution
  • قاسم کاکایی، علیرضا وطن خواه*

    کتاب «جامع الاسرار و منبع الانوار» مهمترین کتاب عرفانی سید حیدر آملی، عارف و مفسر شیعی قرن هشتم هجری است. سید حیدر در این کتاب بنیادی ترین موضوع عرفان اسلامی یعنی «توحید و موحد» را بر اساس منابع اصیل شیعی یعنی وحی و نقل و عقل مورد تطبیق و اثبات قرار می دهد و کشف ابن عربی (560 638 ق) در مساله «ولایت» را ناتمام و حاصل تعصب مذهبی قلمداد می کند و با اعتقاد به مراتب سه گانه برای شرع، «شریعت و طریقت و حقیقت» را حقیقت واحد ذو مراتب دانسته و از این روی معتقد می شود ظاهر شریعت شیعه با باطن طریقت و حقیقت اهل الله، یک حقیقت واحد بوده و از هم جدا نیستند و در نهایت عرفان اصیل را در مذهب حقه تشیع منحصر می کند. از این رو یکی از مهمترین انگیزه های تالیف این کتاب تبیین «حقیقت تشیع» و دفاع از حقانیت اعتقادات شیعه بوده است. وی در طراحی تمام مسایل عرفانی از وحی و عقل و کشف بر مبنای تفکر اصیل شیعی با محوریت «ولایت» نبوی و علوی بهره می برد لذا می توان گفت روح حاکم بر این کتاب مشرب و مبانی اجتهادی شیعی است.تحقیق پیش رو مهمترین شاخصه ها و مبانی عرفانی شیعی را با تاکید بر این کتاب ارزشمند از قبیل «اعتقاد به توحید وجودی، اعتقاد به تساوق و عینیت شیعه اثنی عشر با صوفی حقیقی، اتکاء عرفان شیعی بر منبع وحی و نقل، اعتقاد به عقلانیت عرفان شیعی و تطابق ذوق با عقل و...» در دو حوزه مبانی معرفت شناسی عرفانی و مبانی هستی شناسی عرفانی، استخراج و مورد تحلیل و تبیین قرار داده است.

    کلید واژگان: عرفان شیعی، جامع الاسرار، سید حیدر آملی، توحید وجودی، عرفان علوی
    Qasim Kakai, Alireza Vatankhah*

    The book "Jame chr(chr('39')39chr('39'))al-Asrar va manba ‘al-anvar " is the most important mystical book of Seyyed Haidar Amoli, a Shiite mystic and commentator of the eighth century AH. In this book, Seyyed Haidar applies and proves the most fundamental subject of Islamic mysticism, which is "monotheism and monotheistic" based on the original Shiite sources, that is revelation, narration and reason and  Ibn Arabichr(chr('39')39chr('39'))s discovery  on the issue of "guardianship" Considers it incomplete and the result of religious prejudice and by believing in the three levels of religion, he considers "canon (religious law), religious path, and Truth" as the only hierarchical truth  and he believes they are a single truth and are not separate and ultimately limit original mysticism to the right religion of Shiism. Therefore, one of the most important motives for writing this book was to explain the "truth of Shiism" and to defend the legitimacy of Shiite beliefs. In designing all mystical issues, he uses revelation and reason and discovery based on the original Shiite thought with the focus on the prophetic and Alavi " guardianship ", so it can be said that the ruling spirit of this book is the principles of Shiite ijtihad.The forthcoming research, in addition to the most important characteristics and principles of Shiite mysticism, emphasizes this valuable book such as "Belief in Existential Monotheism, Belief in the Equality and Objectivity of Twelver Shiites with True Sufism, Reliance of Shiite Mysticism on the Source of Revelation and Narration, Belief in rationality of Mysticism Shiism and the adaptation of taste to reason and…” In area, the principles of mystical epistemology have been extracted, analyzed and explained.

    Keywords: Seyyed Haidar Amoli, Jame 'al-Asrar, Shiite mysticism, existential monotheism, equality of Shiism, Sufism, canon (religious law), religious path, Truth
  • میلاد محمدی، علیرضا وطن خواه*
    اندازه گیری دقیق جریان یکی از عوامل اساسی در جهت برنامه ریزی برای کاهش مصرف آب کشاورزی، ایجاد عدالت توزیع و مدیریت تحویل در سامانه های تحویل آب در شبکه های آبیاری می باشد. امروزه تجهیزات نوین اندازه گیری دبی توانسته اند صحت تحویل آب را افزایش دهند، اما علاوه بر هزینه سرمایهگذاری و بهره برداری، نیاز به نیروی کاربر ماهر، گسترش استفاده از آنها را محدود کرده است. سازه مورد استفاده در این تحقیق شکل جدیدی از فلوم های اندازه گیری جریان می باشد که در طول کانال نصب شده و دارای دیواره های استوانه ای و مخروطی شکل هستند و تاج آن ها نیز بر کف کانال منطبق است لذا در این سازه، ایجاد مقطع کنترل در مسیر جریان فقط از طریق تنگ شدگی عرضی صورت می گیرد. این نوع از سازه همچنین دارای شکل ساده ای بوده و به سادگی در شبکه های آبیاری قابل اجرا بوده و مشکل رسوب گذاری نیز نخواهند داشت. میزان افت انرژی در این سازه و پس زدگی حاصل از آن در بالادست کم بوده و این سازه با ایجاد جریان بحرانی در مقطع تنگ شدگی، جریان را کنترل نموده و قادر به اندازه گیری بده جریان خواهد بود. در این تحقیق با مطالعه نظری و آزمایشگاهی خصوصیات جریان عبوری از سازه های استوانه ای و مخروطی شکل در شرایط جریان آزاد، معادلاتی برای تخمین بده جریان در یک کانال مستطیلی توسعه داده شده است.
    کلید واژگان: معادله دبی-اشل، انقباض های مستطیلی و ذوزنقه ای، اثرات پس زدگی، اندازه گیری جریان
    Milad Mohammadi, Alireza Vatankhah *
    Accurate water measurement is one of the key factors for reduction of agricultural water consumption, distribution integrity and delivery management in irrigation networks. In recent years, there has been a significant advance in flow measurement devices, but the usage of these devices is limited due to the high cost, special maintenance conditions and the need for skill expertise. Water structure used in this study is a new form of flow measurement flume that installed along the channel and has cylindrical and conical shape walls. The crest matches the channel's floor thus in this measuring structure, the control section happens only by transversal constriction. The new flumes are simple in shape and easily applicable in irrigation networks and they have not sedimentation problem. The amount of energy loss and consequently the upstream backwater in this structure is low. This structure controls the flow by creating critical flow in constriction section and will be able to measure flow discharge. In this study, the flow characteristics through the cylindrical and conical flumes have been studied theoretically and experimentally, and several equations have been developed for flow discharge estimation in rectangular open channels.
    Keywords: Stage–discharge relationship, Rectangular, trapezoidal constriction, Backwater effects, Flow Measurement
  • نوشین اصلاحی، علیرضا وطن خواه*، محمد صدقی اصل
    در این تحقیق از معادلات دیفرانسیل مرتبه کسری برای مدل سازی نیمرخ سطح آب درون محیط متخلخل در دامنه مرتبه ی کسری صفر تا یک برای جریان متلاطم کاملا توسعه یافته استفاده گردید و معادله توسعه یافته تحت شرایط قانون دارسی، به روش تحلیلی حل گردید. مدل آزمایشگاهی شامل یک محیط متخلخل درشت دانه به طول 4/6 متر، عرض 8/0 متر و ارتفاع 1 متر و شامل مصالح گرد گوشه می باشد که آزمایش ها برای حالت های مختلف دبی جریان و سه شیب افقی، 4 و 3/20 درصد انجام شد. پارامترهای مدل و محیط متخلخل بر مبنای داده های آزمایشگاهی واسنجی گردیدند. به منظور ارزیابی حل تحلیلی حاضر، نتایج با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج به دست آمده توافق رضایت بخشی با داده های تجربی نیمرخ سطح آب را در هر سه شیب موردنظر نشان داد. به طوری که حداکثر خطای مدل پیشنهادی نسبت به داده های تجربی 5/3 درصد است. طبق تحقیق حاضر، روش پیشنهادی می تواند برای تجزیه و تحلیل نیمرخ سطح آب در شرایط جریان های غیر دارسی توصیف بهتری نسبت به مدل دارسی در محیط های متخلخل ارایه کند.
    کلید واژگان: جریان آشفته ی کاملا توسعه یافته، معادله دیفرانسیل مرتبه ی کسری، نیمرخ سطح آب، جریان غیردارسی، حل تحلیلی
    Nooshin Eslahi, Alireza Vatankhah *, Mohammad Sedghi Asl
    In this study, the fractional-order differential equations in range of (0,1) were used to model the water surface profile under Darcy's law condition in porous medium for a fully developed turbulent flow. The developed equation is solved analytically. The laboratory model used in this study consists of a coarse-grained porous medium with 6.4 m length, 0.8 m width and 1 m height, including rounded corner materials, which are tested for different flow rates and three longitudinal slopes of 0, 4, 20.3%. Then, parameters of model and porous media were calibrated based on laboratory data. In order to evaluate the proposed analytical solution, the obtained results from fractional-order differential model were compared with the laboratory data. The results showed a satisfactory agreement with experimental data of water surface profile (seepage line) in all three slopes. The maximum error of the proposed model is 3.5% compared to the experimental data. It can be concluded that the proposed method can provide better description of water surface profile analysis under non-Darcy flow conditions as compared to Darcy model in porous media.
    Keywords: Fully developed turbulent flow, fractional-order differential model, free surface profile, Non-Darcian flow, analytical solution
  • حسین خلیلی شایان، جواد فرهودی*، علیرضا وطن خواه

    در حالت های کاربردی مانند بهره برداری دریچه های موازی، شرایطی رخ می دهد که با عملکرد صرف دریچه میانی یا دریچه کناری از مجموعه دریچه ها، پرش هیدرولیکی به صورت متقارن یا نامتقارن در طول و عرض حوضچه آرامش، توسعه یابد. در این تحقیق، بر اساس معادله اندازه حرکت، روابطی نظری جهت تعیین نسبت اعماق ثانویه پرش هیدرولیکی واگرای ناگهانی به صورت تابعی از عدد فرود اولیه و نسبت عرض جریان خروجی به عرض حوضچه آرامش، استنتاج گردید. ملاحظه گردید نسبت اعماق ثانویه علاوه بر پارامترهای فوق، به عملکرد متقارن یا نامتقارن دریچه ها و طول نسبی پایه های جداکننده، بستگی دارد. بر اساس نتایج حاصل از برداشت های آزمایشگاهی، ضمن واسنجی معادله محاسبه اعماق ثانویه، روابطی جهت تعیین طول توسعه یافتگی پرش هیدرولیکی واگرای ناگهانی در شرایط وجود و عدم وجود آستانه، ارایه گردید. مشاهده شد با کاهش عرض جریان خروجی به عرض کانال پایین دست، کاهش ارتفاع آستانه و کاهش طول نسبی پایه های جداکننده، نسبت اعماق ثانویه کاهش و طول توسعه یافتگی افزایش می یابد. نتایج نشان داد در حالت عملکرد صرف دریچه میانی و در شرایطی که طول پایه های جداکننده از 38 درصد طول پرش هیدرولیکی کلاسیک کمتر باشد، عدم تقارن پرش هیدرولیکی، تشدید می گردد. در طول های کمتر پایه های جداکننده، مقدار عدم تقارن پرش هیدرولیکی حاصل از عملکرد دریچه میانی نسبت به عملکرد دریچه کناری، بیشتر بوده که در نتیجه طول توسعه یافتگی بیشتر و عمق ثانویه کمتری را به دنبال دارد. با افزایش طول پایه های جداکننده، طول توسعه یافتگی پرش هیدرولیکی ناشی از عملکرد دریچه کناری بیشتر شده و نسبت اعماق ثانویه کاهش می یابد.

    کلید واژگان: پرش هیدرولیکی واگرا، حوضچه آرامش، دریچه های موازی، معادله اندازه حرکت
    Hossein Khalili Shayan, Javad Farhoudi *, Alireza Vatankhah
    Introduction

    In practical applications, for instance, at the downstream of hydraulic structures, in some cases the width of the basin may be larger than the upstream supercritical flow (sudden expansion in flow section). In such cases, an expanding hydraulic jump with symmetrical or asymmetrical shape will be developed at the downstream. Under the design of three parallel gates, the operation of the side or middle gate can be lead to the asymmetrical or symmetrical hydraulic jump, respectively. According to the position of jump toe, expanding hydraulic jump can be classified into four types. The present study focuses on a T-shaped hydraulic jump which the toe is established at the beginning of the divergence section.Most of the previous studies are related to the symmetrical expanding hydraulic jump. In this case, the downstream diverging channel is symmetric on the central axis of the channel. However, a systematic study investigating the effect of symmetry and asymmetry on the expanding hydraulic jump was not found in the literature. In this study, using the momentum principle, some theoretical equations were derived to determine the sequent depths ratio of symmetrical and asymmetrical expanding hydraulic jump. Also, some regression relations were proposed to estimate the length of expanding hydraulic jump. The new proposed equations were also extended for the presence of a sill. The equations were calibrated using available experimental data from this study and the literature. This research also considered the characteristics of expanding hydraulic jump under the symmetrical and asymmetrical operation of parallel gates.

    Methodology

    To calibrate the new proposed relations and investigate the effects of different parameters on the expanding hydraulic jump characteristics, two experimental data sets were used. In addition to the data set from Bremen (1990), the experimental data from the present study were used. The data were collected from a hydraulic model of three parallel radial gates for operating the side or middle gate which corresponds with the asymmetrical or symmetrical expanding hydraulic jump, respectively. The experiments provided a wide range of different parameters as the approaching Froude number, hydraulic jump length, sequent depths ratio, divergence ratio, sill height and relative length of gate separator wall.

    Results and discussion

    Equation (4) was developed to determine the ratio of the sequent depths of expanding hydraulic jump based on the Momentum equation. For the presence of a sill, a combination of Equations (4), (7) and (8) can be used to calculate the ratio of sequent depths under the asymmetric and symmetric developments, respectively.Determining the ratio of the sequent depths requires the calculation of the adjacent water depths of the closed gates. For this purpose, in addition to developing the regression equation (Equation 13), Equation (12) was proposed which based on the calculation of the hydraulic jump profile. It was observed that under the calibration range, the regression equation is more accurate. However, Equation (12) is recommended for the range outside of the experimental observations. The results showed that:As the divergence ratio increases, the ratio of sequent depths approaches to the classic hydraulic jump.By decreasing the relative length of the gate separator wall and decreasing the width of the gate on the downstream channel width, the relative depth at the side gate and consequently the ratio of the sequent depths will decrease.For the lower length of separator wall and under operation of the middle gate, more lengths are needed to develop the jump than the side gate. However, as the length of the separator wall increases, the length and sequent depth of hydraulic jump due to the side gate increases on the middle gate.In the presence of a sill, the relative length of hydraulic jump decreases and the ratio of secondary depths increases.It was observed that the hydraulic jump due to the operation of the middle gate leans toward the left or right side of the channel due to oscillatory behavior.Under operating the middle gate and in the absence of a sill, an asymmetric hydraulic jump is formed in the channel face when the length of the separator wall is less than 38% of the classical hydraulic jump length. For the presence of a sill, the minimum length of the separator wall decreases to about 26%.By decreasing the initial depth of the hydraulic jump on the width of the gate and converting the output jet into a linear jet, the relative development length will increase.
    As the sill height increases, the difference in the depths attached to the side gates will decrease and the hydraulic jump will develop more symmetrically.As the relative height of the sill decreases, the minimum length of the separator wall to form a symmetrical hydraulic jump in the flanks, increases.

    Conclusion

    This research developed a set of theoretical and regression relationships for estimating the length and sequent depth ratio of expanding hydraulic jump. Moreover, the effects of sill height, divergence ratio and the length of the gate separator wall, were investigated. This study compares the effects of side and middle gate operations based on the variation of jump length and sequent depth ratio. The results can be used as a guide for the hydraulic structures operators to reduce the asymmetric severity of the expanding hydraulic jump and achieve the complete development under the minimum length.

    Keywords: Expanding hydraulic jump, Stilling basin, Parallel gates, Momentum equation
  • یونس امین پور، علیرضا وطن خواه*، جواد فرهودی
    از رایج ترین وسیله های اندازه گیری جریان در مجاری روباز، فلوم ها می باشند که در آن سرعت جریان، بر اثر تنگ شدگی عرضی، برآمدگی کف و یا ترکیبی از این دو، افزایش می یابد. یکی از فلوم های با ویژگی فوق، فلوم SMBF است که با داشتن دو نیم استوانه در طرفین کانال، باعث تنگ شدگی عرضی می شود. در تحقیق حاضر سازه SMBF جهت اندازه گیری بده در شرایط جریان آزاد و مستغرق مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس 575 سری داده آزمایشگاهی بر روی دو کانال با ابعاد مختلف و استفاده از هشت نمونه فلوم SMBF، در محدوده وسیعی از بده، عمق بالادست، و نسبت تنگ شدگی عرضی، معادلات بده پیشنهادی مختلف، مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. بر مبنای تحلیل های آزمایشگاهی، عددی و برداشت توزیع سرعت در مقطع گلوگاه، غیریکنواختی توزیع سرعت و عمق در مقطع تنگ شدگی و ماهیت دو بعدی جریان، تبیین گردید. سپس با در نظر گرفتن ضرایب تصحیح جریان در مقطع گلوگاه و اعمال آن در رابطه انرژی، معادله ای جهت تحلیل آبگذری این نوع فلوم ها در شرایط جریان آزاد استخراج شد. هم چنین روابطی جهت تعیین آستانه استغراق (به صورت تابعی از عمق بالادست و عرض گلوگاه) و تحلیل آبگذری در شرایط جریان مستغرق استخراج گردید. میانگین قدر مطلق خطای نسبی بده تخمینی از رابطه پیشنهادی در شرایط جریان آزاد بر اساس سه مجموعه داده آزمایشگاهی (کانال 1، کانال 2 و داده های سایر محققین)، به ترتیب 82/2، 19/3 و 52/1 درصد است. همچنین میانگین خطای برآورد بده در شرایط جریان مستغرق، 51/5 درصد به دست آمد. نتایج نشان داد کاربرد سازه SMBF به عنوان یک ابزار اندازه گیری قابل حمل، در شرایط جریان آزاد و مستغرق امکان پذیر می باشد.
    کلید واژگان: اندازه گیری جریان، فلوم، جریان آزاد، جریان مستغرق، آستانه استغراق
    Younes Aminpour, Alireza Vatankhah *, Javad Farhoudi
    One of the most commonly used devices for flow measurements in open channels is the flume, in which the flow velocity increases due to the lateral contraction, raising the bottom of the channel, or a combination of both them. SMBF is a flume with the above mentioned properties, having two semi-cylinders on the side walls of the channel that contract the cross-sectional area of the flow. In this study, the SMBF flume has been studied for measuring the flow in free and submerged flow conditions. Using the experimental data (575 runs) of two rectangular channels, and using eight SMBF flumes, the proposed discharge equations were examined for the wide ranges of flow discharge, upstream depth, and contraction ratio. In the present study, based on the numerical and experimental analysis, and by measuring the velocity distribution at the throat section, non-uniformity of velocity distribution and depth in the contracted section, as well as the two-dimensional nature of flow were studied. Then, by considering the flow correction coefficients in the throat section and applying them into the energy equation, an equation was developed for estimating the flow discharge‎ under free flow conditions. Also, two equations were developed to determine the submergence threshold (as a function of upstream depth and throat width) and for the discharge estimation under submerged conditions. The mean absolute relative error of the estimated flow discharge of the SMBF flumes in free flow conditions and based on three experimental data series (channel 1, channel 2, and other researcher’s data) were respectively estimated to be 2.82, 3.19 and 1.52%. Additionally, the mean absolute relative error of the estimating flow discharge in the submerged conditions was 5.51%. The results showed a feasible application of SMBF structure, as a portable measuring instrument under free and submerged conditions.
    Keywords: Flow Measurement, Flume, Free Flow, Submerged Flow, Submergence Threshold
  • میرمحمد بایرامی، علیرضا وطن خواه*، آرزو نازی قمشلو
    مدل های ماسکینگام موجود تنها در معادله ذخیره با یکدیگر متفاوت هستند. تاکنون به منظور لحاظ نمودن ویژگی غیرخطی موج سیلاب، ساختار معادله ذخیره بر اساس تجربه و به شیوه آزمون و خطا اصلاح شده است تا مشخصات کلی سیل دقیق تر مدل شود. یکی از روش های با مبنای تئوری برای لحاظ نمودن ویژگی های غیرخطی در مدل روندیابی ماسکینگام، استفاده از مشتق مرتبه کسری در معادله دیفرانسیل پیوستگی است. تحقیق حاضر به ارائه مدل جدیدی از ماسکینگام می پردازد که در آن از معادله خطی ذخیره و معادله دیفرانسیل پیوستگی از مرتبه کسری استفاده شده است. همان طور که در این تحقیق نشان داده شده است، مدل جدید قادر است هم سیلاب های با رفتار خطی و هم رفتار غیرخطی را شبیه سازی کند. مدل پیشنهادی ماسکینگام از مرتبه کسری، برای سه مجموعه ی مختلف از داده های سیل اجرا و آزمایش شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد که مدل ماسکینگام پیشنهادی منجر به بهبود نتایج می شود و به طور موثر، ویژگی های موج سیلاب را نسبت به مدل های سنتی ماسکینگام بهتر تخمین می زند.
    کلید واژگان: روندیابی سیلاب، مدل غیرخطی، هیدروگراف، مدل ماسکینگام، مشتق مرتبه کسری
    Mirmohammad Bayrami, Alireza Vatankhah *, Arezoo Nazi Ghameshlou
    The existing Muskingum models vary only in the form of the storage equation. So far, for accounting the nonlinearity characteristic of flood wave, the form of the storage equation has been modified based on the experience and in a trial and error manner in order to capture the overall flood propagating characteristics more accurately. One of the theoretical based method for considering the nonlinear characteristics in Muskingum model is to use the fractional derivative in the continuity differential equation. This study presents a new Muskingum model in which the linear storage equation and the continuity equation with fractional derivative are used. As shown in this study, the new model can simulate flood waves with both linear and nonlinear behaviors. The proposed Muskingum model with fractional derivative order was implemented and tested on three different sets of flood data. The results of this study indicate that the proposed Muskingum model improves the results and estimates the flood wave characteristics more accurately than the traditional linear Muskingum models.
    Keywords: Flood routing, Nonlinear model, Hydrograph, Muskingum model, Fractional derivative
  • هژیر قادری نیا، امین سیدزاده، علیرضا وطن خواه *

    تحقیق حاضر به منظور مطالعه صفحه های آویخته شیاردار و بدون شیار نیم دایره ای در کانال های نیم د ایره ای افقی روباز تحت شرایط جریان آزاد و استخراج رابطه ی تخمین بده این سازه ها انجام شده است. این سازه از یک صفحه نیم دایره ای که در محل قطر آن عمود بر جهت جریان بر روی یک محور افقی به صورت لولایی نصب می شود، تشکیل شده است. انحرافی که به وسیله نیروی جریان آب در صفحه ایجاد می شود تابعی از مشخصات هیدرولیکی جریان، هندسه سازه و دبی می باشد. این سازه ی اندازه گیری بده، قابل حمل بوده و به راحتی می تواند در کانال های دایره ای نصب شده و مورد بهره برداری قرار گیرد. در تحقیق حاضر با مطالعه نظری و آزمایشگاهی جریان عبوری از صفحه نیم دایره ای آویخته در امتداد کانال های دایره ای، معادلاتی برای تخمین بده جریان در کانال های دایره ای با استفاده از روش بده-عمق بحرانی بدون بعد توسعه داده شد. به منظور واسنجی معادلات، از داده های آزمایشگاهی استفاده شد. همچنین برای تخمین بده عبوری از صفحه آویخته، رابطه ای صریح برای تخمین عمق بحرانی و برآورد بده ارائه شد. روش بده-عمق بحرانی بدون بعد استفاده شده در تحقیق حاضر قادر است دبی عبوری از صفحه های نیم دایره ای آویخته را با متوسط خطای 3% برآورد کند. با توجه به خطای روابط ارائه شده برای تخمین بده صفحه آویخته نیم دایره ای (متوسط خطای3% با در نظر گرفتن عدد رینولدز و متوسط خطای 3/6% بدون در نظر گرفتن عدد رینولدز)، این سازه به عنوان یک سازه اندازه گیری بده در کانال های (کانالت های) نیم دایره ای پیشنهاد می شود.

    کلید واژگان: صفحه آویخته، کانال دایره ای روباز، اندازه گیری بده
    Hazhir Ghaderinia, Amin Seyedzadeh, Alireza Vatankhah *

    The Present study introduces the slit and solid semicircular flap plates for flow measurement in horizontal open circular canals under free flow conditions. This structure consists of a semicircular plate which is installed and hinged from its diameter along a circular canal. The deviation generated by the water flow on the plate is a function of hydraulic characteristics of flow, the geometry of the structure and flow discharge. This simple measuring structure is portable and can easily be installed in circular canals and be used with acceptable precision. In this study, based on the theoretical and experimental studies of the passing flow through the semicircular flap plate, some equations were developed for estimating the flow in circular canals via the dimensionless discharge-critical depth relation. In order to calibrate the proposed equations, the laboratory data were collected and used. In addition, to estimate the passing flow through the flap plate, an explicit relationship was developed to compute the dimensionless critical depth and discharge. The dimensionless critical depth-discharge method used in this study is able to estimate the flow discharge through the semicircular plates with an average error of 3%. Due to the low average errors of the proposed discharge equations for the semicircular flap plate (an average error of 3.6% without considering the Reynolds number and an average error of 3% by considering the Reynolds number), this structure is suggested as a discharge measuring structure in circular open canals.

    Keywords: Flap plate, circular open channel, discharge measurement
  • ابوالفضل برقی خضرلو، علیرضا وطن خواه*

    دریچه های کشویی در تاج سرریزهای اوجی با ارتفاع زیاد (سدهای تنظیمی) یا با ارتفاع کم (به عنوان آستانه) به منظور کنترل بهتر جریان طراحی و استفاده می شوند. در حالت دوم، متناسب با ترکیب های مختلف هندسه سرریز، بازشدگی دریچه، عمق بالادست و عمق پایین دست، چهار شرط مختلف جریان قابل تشخیص است: الف) جریان کنترل نشده آزاد، ب) جریان کنترل نشده مستغرق، ج) جریان کنترل شده آزاد و د) جریان کنترل شده مستغرق. تعیین حد تبدیل هر یک از این شرایط جریان به یکدیگر در کاربرد معادلات دبی در هر وضعیت سودمند خواهد بود. در این تحقیق، با استفاده از برداشت های آزمایشگاهی روی دو سرریز اوجی با ارتفاع مختلف و نیز از داده های آزمایشگاهی مدل سرریز دریچه دار پروژه کنترل آب فلوریدای جنوبی و مرکزی، روابطی برای تعیین حدود تبدیل و تعیین آبگذری در شرایط چهارگانه ارائه شده است. در شرایط جریان کنترل نشده آزاد، میانگین قدرمطلق خطای نسبی در تعیین دبی از روابط پیشنهادی 95/1 درصد، در شرایط جریان کنترل شده آزاد و مستغرق به ترتیب معادل 2 و 5 درصد است. نتایج بررسی ها نشان می دهد حد تبدیل جریان کنترل نشده به کنترل شده هنگامی است که عمق بالادست از حدود 46/1 برابر بازشدگی دریچه افزایش یابد. با افزایش ارتفاع پایین دست و کاهش ارتفاع بالادست سرریز نیز آستانه استغراق نسبی سرریز و میزان آبگذری افزایش می یابد.

    کلید واژگان: آستانه استغراق، اندازه گیری، سازه هیدرولیکی، کنترل جریان
    A. Barghi, Khezerloo, A. Vatankhah*

    Sluice gates are designed and used in Ogee spillways with high height (regulator dams) or low height (as sill) for better controlling the flow. In latter case, according to different combinations of weir geometry, gate opening, upstream and downstream flow depths, four different flow conditions are recognizable: (a) free uncontrolled flow, (b) submerged uncontrolled flow, (c) free controlled flow, and (d) submerged controlled flow. Determination of change threshold of these flow condition is useful for choosing the proposed discharge equations in any situation. In current research, using the experimental data gathered from two Ogee spillways with different height in this program and using the data gathered from typical spillway structures in central and southern Florida water-control project, different equations for determining the change threshold and flow discharge in four different flow conditions are developed. In free uncontrolled flow condition, the proposed discharge equation has an average relative error of 1.95% while in free and submerged controlled flow condition, the proposed discharge equations have the average relative errors of 2% and 5% respectively. Results showed that the change threshold of uncontrolled flow into controlled flow occurs when upstream flow depth increases about 1.46 times the gate opening. Furthermore, the relative submergence threshold and flow discharge increase by increasing the downstream flow depth and decreasing the upstream flow depth.

    Keywords: Flow Control, Hydraulic Structure, Measurement, Submergence Threshold
  • رامین عسکری، علیرضا وطن خواه *

    سرریز جانبی یکی از انواع سازه های انحراف آب است که به طور گسترده در شبکه های آبیاری و زهکشی، کنترل سیلاب، سیستم فاضلاب شهری و کنترل سطح آب مورد استفاده قرار می گیرد. جریان عبوری از سرریز جانبی از نوع جریان متغیر مکانی با کاهش بده می باشد. در مطالعه حاضر با استفاده از مدل آزمایشگاهی و روش تحلیل ابعادی، به بررسی خصوصیات جریان عبوری از روی سرریز جانبی ذوزنقه ای لبه گرد واقع در کانال مستطیلی در شرایط جریان زیر بحرانی پرداخته شده است. برای ارزیابی ضریب بده و ارائه معادله بده سرریز جانبی در شرایط جریان آزاد، از تئوری سرریز معمولی با سه عمق مشخصه (عمق ابتدای سرریز، میانگین عمق ابتدا و انتها و عمق مرکزی) برای محاسبه هد سرریز استفاده شد. نتایج آزمایش های تحقیق حاضر حاکی از آن است که ضریب بده سرریز جانبی ذوزنقه ای لبه گرد به عدد فرود جریان بالا دست، نسبت عمق جریان به قطر تاج سرریز و شیب جداره جانبی سرریز بستگی دارد. همچنین مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی نشان داد که روش عمق متوسط جریان با متوسط خطای برآورد برابر با 3/6 درصد بهترین جواب را برای تخمین ضریب بده ارائه می کند، لذا این روش برای مقاصد عملی پیشنهاد می شود.

    کلید واژگان: سرریز جانبی ذوزنقه ای لبه گرد، جریان متغیر مکانی، ضریب بده، جریان زیربحرانی، جریان آزاد
    Ramin Askari, Alireza Vatankhah *

    Side weir is one of the diversion structures, which widely used in irrigation and drainage networks, flood protection, urban sewage systems and water level control. The flow over the side weirs is a typical case of the spatially varied flow with decreasing flow discharge. In this study, the flow characteristics over the circular-crested trapezoidal side weir located in rectangular channels is experimentally investigated under subcritical flow conditions. In this research, the conventional weir theory with three different reference depths (y1, yavg and ycenter) for computing the weir head was used to evaluate the proposed discharge coefficient and discharge equations. Based on the experimental results, the discharge coefficient is a function of upstream Froude number, the ratio of upstream flow depth to the crest diameter, and side slope of the weir. The comparison between the experimental data and computed results indicated that the conventional weir theory with the average flow depth as the reference depth with an average error of 3.6% is the best relationship for assessing the discharge coefficient. Thus, this method is suggested for practical purposes.

    Keywords: Circular-crested trapezoidal side weir, spatially varied flow, discharge coefficient, subcritical flow, Free flow
  • فائزه ولایتی، علیرضا وطن خواه*
    جریان در سرریز های جانبی، موضوع بسیاری از مطالعات هیدرولیکی بوده است. اغلب این مطالعات مربوط به ضریب بده سرریز جانبی لبه تیز و با مقطع مستطیلی می باشد و ضریب بده سرریز های جانبی لبه پهن با مقاطع دیگری، نظیر ذوزنقه ای کمتر مورد توجه قرار گرفته است. تحقیق حاضر با انجام 187 آزمایش به منظور بررسی ضریب بده سرریز جانبی لبه پهن ذوزنقه ای، تحت شرایط رژیم جریان زیر بحرانی صورت گرفته است. از آنجایی که معادله دینامیکی حاکم بر سرریز های جانبی به دلیل غیرخطی بوده و دارا بودن متغیر های زیاد، دارای حل تحلیلی کامل نمی باشد، لذا در این تحقیق با استفاده از روش عددی رانگ کوتای مرتبه چهارم، نیمرخ سطح آب در طول سرریز جانبی محاسبه شد. با بررسی نتایج آزمایشگاهی و با استفاده از تحلیل ابعادی و آماری روابطی به منظور تخمین ضریب بده پیشنهاد شد. مشخص گردید ضریب بده سرریز جانبی ذوزنقه ای لبه پهن به عدد فرود جریان بالا دست، نسبت عمق جریان به پهنای تاج سرریز و شیب جداره جانبی سرریز بستگی دارد. رابطه پیشنهادی تخمین ضریب بده دارای خطایی در حدود 4 درصد است و نشان می دهد روش حل عددی دقیق است.
    کلید واژگان: اندازه گیری جریان، تحلیل جریان، روش رانگ کوتای مرتبه چهارم، مطالعه آزمایشگاهی، نیم رخ سطح آب
    F. Velayati, A. R. Vatankhah *
    Flow over side weirs has been the subject of many studies. Most of these studies related to sharp crested side weirs with rectangular cross section and less attention has been given to the discharge coefficient over the broad-crested side weirs with trapezoidal cross section. In this research a comprehensive laboratory study including 187 tests has been conducted to investigate the discharge coefficient over the broad-crested trapezoidal side weir under subcritical flow regime. Since a complete analytical solution of the governing equation for a side weir is not possible due to nonlinearity and the many variables involved, in this research water surface profile along the side weir is computed by using the fourth order Runge–Kutta method. By analyzing experimental data and using dimensional analysis as well as statistical analysis, some relationships in order to estimate the discharge coefficient were proposed. It was founded that the discharge coefficient of flow depends on the Froude number, the ratio of initial depth to crest width and the side slope of the weir. The mean absolute percentage error of proposed relationship is about 4% and indicates that the numerical method is very accurate.
    Keywords: Discharge Coefficient, Fourth Order Runge-Kutta Method, Subcritical Flow Regime, Spatially Varied Flow, Trapezoidal Broad Crested Side Weir
  • حسین خلیلی شایان، جواد فرهودی *، علیرضا وطن خواه

    بخش عمده تحقیقات پیشین مرتبط با دریچه های قطاعی، بر ارائه روش هایی برای تخمین دبی عبوری از این سازه ها متمرکز است و تعیین بازشدگی دریچه ها به عنوان سازه های تنظیم به منظور عبور دبی خاص، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه حاضر،معادلاتی نظری برای تعیین صریح دبی عبوری از دریچه های قطاعی (مسئله نوع اول) و نیز بازشدگی دریچه (مسئله نوع دوم) با مشخص بودن سایر پارامترها در هر مسئله و به تفکیک شرایط جریان آزاد و مستغرق بر پایه ترکیب معادلات انرژی و مومنتم ارائه می کند. در هر مسئله، معیارهایی برای تشخیص شرایط جریان معرفی شده است. به منظور واسنجی و صحت سنجی معادلات نظری پیشنهادی، از 2657 سری داده آزمایشگاهی روی سه نوع مختلف دریچه قطاعی استفاده شد. نتایج تحقیقات نشان می دهد که میانگین قدر مطلق خطای نسبی در تعیین دبی و بازشدگی دریچه های قطاعی از روش پیشنهادی به ترتیب 94/1 و 67/2 درصد است. همچنین، رویکرد پیشنهادی در تشخیص شرایط جریان، به طور متوسط در 6/99 و 8/98 درصد از موارد به ترتیب در تعیین دبی و بازشدگی، صحیح عمل شده است. نتایج بررسی ها همچنین نشان می دهد که با افزایش زاویه انحراف دریچه قطاعی و نیز افزایش نسبت محور به شعاع دریچه تمایل به استغراق، افزایش می یابد. همچنین دریچه لاستیکی سخت نیز نسبت به دو نوع دیگر در محدوده بیشتری به صورت آزاد عمل می کند.
    کلید واژگان: اندازه گیری، انرژی-مومنتم، تنظیم جریان، دبی
    Hossein Khalili Shayan, Javad Farhoudi*, Alireza Vatankhah
    Most of the previous studies related to radial gates are focused on the estimation of discharge from the gates as a flow measurement structure. However, determination of the gate opening for passing a certain value of the discharge is rarely considered in previous studies as a regulator structure. The present work presents some theoretical equations for explicit estimation of the outflow from the gate (first problem), and gate opening (second problem) for free and submerged flow conditions by combination of Energy and Momentum principles. For any problems, it was developed some criteria to identify flow conditions These equations were calibrated and validated by means of 2657 experimental records retrieved from research conducted on three types of radial gates. The paper would present an analytical approach to illustrate the reliability of proposed equations for estimation of discharge and the opening of the gate by taking benefits from the mean absolute relative errors which observed to be 1.94% and 2.67, respectively. It was noted that the used criteria conform with 99.6% and 98.8% of all observations at first and second problems, respectively. The results show that the tailwater depth under distinguishing limiting decreases by increasing in the gate lip angle and the ratio of turnnion pin height to the gate arm radius. Also, the hard rubber bar gate tends to operate under free flow condition in a wider range in comparison with two other gates.
    Keywords: Measurement, Energy-Momentum, Flow regulation, Discharge
  • ابوالفضل برقی خضرلو *، حسین خلیلی شایان، جواد فرهودی، علیرضا وطن خواه
    اندازه گیری دبی جریان با استفاده از دریچه های کشویی از مسائل کلاسیک در علم هیدرولیک محسوب می شود. تحقیق حاضر، با استفاده از رابطه بقای انرژی، روشی نوین برای تخمین ضریب دبی دریچه های کشویی در شرایط جریان آزاد و مستغرق، ارائه می کند. این روش ضریب دبی دریچه را، به صورت تابعی از عمق آب در بالادست دریچه و قرائت مانومترهای نصب شده در کف مقطع دریچه و مستقل از شرایط جریان، بازشدگی دریچه و عمق پایاب، به دست می دهد. به منظور ارزیابی قابلیت کاربرد رابطه پیشنهادی در این تحقیق در تخمین دبی، از نتایج 418 سری اندازه گیری آزمایشگاهی بر روی دو دریچه کشویی با عرض های 25 و 40 سانتی متر به تفکیک جریان آزاد و مستغرق و در شرایط حضور و عدم حضور بلوک های پایاب استفاده گردید. به جهت عدم وابستگی ضریب دبی به عمق پایاب، این روش از مزیت های عمده ای چون تخمین پیوسته در شرایط جریان آزاد و مستغرق بر اساس یک معادله واحد و دقت بالاتر در دامنه استغراق های کمتر برخوردار است. همچنین عدم نیاز به آستانه استغراق دریچه موجب سهولت کاربرد این روش در برآورد دبی جریان با حضور بلوک های مانع دار در حوضچه های آرامش می شود. نتایج نشان داد دخالت ضریب افت انرژی در رابطه پیشنهادی سبب کاهش متوسط قدرمطلق خطای نسبی در حدود 4/0 درصد و 6/2 درصد به ترتیب برای شرایط جریان آزاد و مستغرق می شود. همچنین رابطه پیشنهادی در شرایط جریان مستغرق دارای خطای نسبی تا حدود 5- درصد است. با این وجود، روش پیشنهادی حساسیت قابل توجهی به فشار مانومتری زیر دریچه، به ویژه در محدوده استغراق بیشتر دارد.
    کلید واژگان: اندازه گیری، جریان آزاد، جریان مستغرق، دبی، دریچه کشویی
    A. Barghi Khezerloo *, H. Khalili Shayan, J. Farhoudi, A. Vatankhah
    Discharge measurement by sluice gates is one of the classical issues in hydraulic engineering. Based on the energy conservation relation, this study presents a novel method for estimating the discharge coefficient of sluice gates under free and submerged flow conditions. This method gives the discharge coefficient of sluice gates only as a function of upstream depth and bottom pressure measured by manometers located under the gate lip and is independent of flow conditions (free and submerged), gate opening and tailwater depth. For evaluating the applicability of the proposed equation in this research for estimating the flow discharge, the experimental results (418 runs) of two sluice gates with 25 and 40 cm widths are used in the conditions of presence and absence of end baffle blocks for both free and submerged flows. Independency of discharge coefficient from the tailwater depth has important advantages such as: continuous estimation of discharge coefficient under free and submerged flow conditions using a unified equation and higher accuracy at the lower submergence. Also being independent of tailwater depth makes easy flow estimation even at the presence of baffle blocks on the stilling basins. The results show that, applying the energy loss coefficient in the proposed equation decreases the mean absolute relative errors to 0.4% and 2.6% for free and submerged flow conditions respectively. Also the proposed equation has a relative error less than 5% under submerged flow conditions. The proposed method is very sensitive to bottom pressure head especially under higher submergence levels.
    Keywords: Discharge, Free flow, Measurement, Sluice gate, Submerged flow
  • سمیه خلیلی، علیرضا وطن خواه
    سرریز یکی از پرکاربردترین ابزارهای کنترل و اندازه گیری جریان در مجاری روباز است. در این پژوهش،‏ خصوصیات جریان عبوری از سرریز در یک کانال دایره ای افقی،‏ به صورت نظری و آزمایشگاهی بررسی شده است. انتخاب این سازه به دلیل عدم وجود بررسی های کافی در مورد معادلات هیدرولیکی حاکم بر آن در این نوع از کانال ها و همچنین خصوصیات کاربردی آن است. در این پژوهش معادله بده عبوری از سازه سرریز در انتهای یک کانال دایره ای افقی،‏ از دیدگاه نظری توسعه،‏ سپس واسنجی معادله نظری بده با استفاده از ضریب بده انجام شده است. تعیین مقدار ضریب بده نیاز به اندازه گیری بده واقعی (آزمایشگاهی یا صحرایی) دارد. برای جمع آوری داده های آزمایشگاهی،‏ سازه سرریز در انتهای دو کانال دایر های افقی با قطر اسمی 200 و 300 میلی متر نصب شد و اندازه گیری گسترده ای از متغیر های موثر بر ضریب بده انجام شد. سیصد و پنجاه آزمایش روی سرریزهای با ارتفاع های متفاوت در محدوده بده 5 /0 تا 45 لیتر بر ثانیه انجام شد. با استفاده از 70% داده های آزمایشگاهی،‏ معادلاتی برای ضریب بده پیشنهاد شد و با استفاده از 30% باقی مانده داده ها،‏ معادلات پیشنهادی صحت سنجی شد. خطای برآورد بهترین معادله پیشنهادی برای 95% از داده ها،‏ کمتر از 5% است.
    کلید واژگان: داده های آزمایشگاهی، خطا، ضریب بده، سرریز، بده، کانال دایره ای
    Somayeh Khalili, Alireza Vatankhah
    Introduction
    Weir is one of the most applicable instruments for flow control and measurement in open channels. Accurate measurement of discharge in irrigation channels is vital for irrigation management. Weirs are designed as control sections for providing a unique relationship between the discharge and water head. In current study, theoretical and experimental characteristics of flow through a weir located in a horizontal circular channel were investigated. Choosing of this structure is due to lack of adequate studies on governing hydraulic equations of this kind of channels and its practical characteristics. In this research, discharge through the weir located at the end of a horizontal circular channel was developed from a theoretical viewpoint, and then calibration of this theoretical discharge equation was done via the discharge coefficient. The experimental data obtained in the study were also used to develop an empirical discharge coefficient relationship.
    Theoretical discharge equation:The discharge equation of the circular weir ends up incomplete elliptic integrals of the first and second kinds, which are not very suitable for practical purposes due to their complexity. The theoretical discharge over the weir, Qt, can be expressed as:in which F(a,b) is approximated using the method of undetermined coefficients as:where g is the gravitational acceleration, h is the flow depth above the weir crest, D is the channel diameter, , , , and P is the weir height.
    Introducing the discharge coefficient, Cd, yields the following equation for actual discharge, Q, of the weir.
    Experimental setup and discharge coefficient equation: Determination of discharge coefficient, Cd, needs measuring the actual discharge (experimental or field data). The experiments were performed at the hydraulic laboratory of the Irrigation and Reclamation Engineering Department, University of Tehran. In order to collect experimental data, the weir was installed at the end of two horizontal circular channels with nominal diameters of 200 mm and 300 mm, and numerous measurements of different parameters that may have effect on discharge coefficient were carried out. An opening was provided on top of the pipes for flow head measurements by the point gauge. Water head over the weir crest was measured at a distance of 0.45 m upstream of the weir section. The weir plate was made of 10-mm-thick PVC sheet with a crest thickness of about 1 mm, and the downstream edge bevelled to a 45° angle (sharp-crested weir). For water heads over the weir crest smaller than 1.5 cm, in some cases clinging flow did occur and thus there was no atmospheric pressure under the lower nappe. Though, for heads greater than 1.5 cm a clear lower nappe profile with atmospheric pressure underneath was formed. Effects of surface tension and viscosity forces on the discharge coefficient, Cd, became pronounced at low water heads. Viscous and surface tension effects on discharge coefficient are neglected in this research. This is owing to operating range of the weir (minimum water head of 2 cm), which forbids surface tension effects and eliminates viscous effects. The experimental coefficient of discharge is computed for each data set collected in this study for known values of D, h, P and Q. A total of 350 tests were conducted to collect the data in the discharge ranges of 0.5 and 45 l/s. Suitable empirical equations for discharge coefficient were proposed using the 70% of the experimental data, and remaining data (30%) were used for validation procedure.
    Proposed empirical equation for discharge coefficient: Using the curve-fitting technique, the following equation is obtained for CdThis empirical equation is valid for 0.095≤h/P≤1.8, 0.27≤P/D≤0.73 and 0.05≤h/D≤0.56. The assumptions made in deriving the above empirical equation of discharge coefficient are that the channel slope is horizontal, the flow is free and surface and viscous tension effects on Cd are negligible. A comparison of the experimental discharge coefficient with computed ones using the proposed empirical equation for all of the experimental data, the calibration data set and the validation data set showed that the computed discharge coefficient values are well within ±5% of the observed data for all three data sets. The average relative error of computed discharge coefficient using the proposed empirical equation for discharge coefficient Cd compared with the observed values is less than 5% for 95% of all experimental data. The results of this study reveals that a weir with low flow height is more sensitive to water flow depth, and weirs with more height are less sensitive to upstream flow head variation and thus are more reliable for flow measurement.
    Keywords: weir, error, discharge, experimental data, discharge coefficient, circular channel
  • وحید حق شناس، علیرضا وطن خواه
    سرریز جانبی یک سازه کنترل جریان است که در شبکه های آبیاری و زهکشی و شبکه های فاضلاب به طور گسترده استفاده می شود. سطح مقطع کانال و شکل سرریز، شرایط جریان در سرریز جانبی را مشخص می کنند. در این پژوهش سرریز جانبی دایره ای بررسی شده است. در سرریز جانبی دایره ای با توجه به متغیر بودن ارتفاع لبه و گسترش عرض فوقانی، توانایی کنترل بهتری در هنگام سیلاب ایجاد می شود. علاوه بر آن با توجه به انحنای لبه این سرریز، بده آن بیشتر از سرریزهای جانبی مستطیلی است. معادله دیفرانسیل حاکم بر این سرریز دارای حل تحلیلی نبوده و برای حل آن باید از روش های عددی استفاده کرد. در این پژوهش برای ساده سازی، از معادله سرریزهای معمولی دایره ای استفاده شده است. در این ارتباط انتخاب یک عمق شاخص مناسب بسیار مهم است. در این پژوهش مطالعه ای با 123 آزمایش انجام شده است. همچنین عمق های متفاوتی به عنوان عمق شاخص درنظر گرفته شده و در نهایت بهترین عمق معرفی شده است. با توجه به آزمایش ها، ضریب بده در این سرریز تابعی از عدد فرود بالادست سرریز و نسبت بی بعد قطر به عرض کانال است. بنابراین معادله ای برای محاسبه ضریب بده بر این اساس ارائه شد. متوسط خطای معادلات پیشنهادی براساس عمق متوسط و عمق مرکزی سریز به ترتیب برابر 3 /2 و 4 /2 درصد بوده و فقط 5 /5 درصد داده ها خطایی بیشتر از 5 درصد دارند .
    کلید واژگان: سرریز جانبی دایره ای، _ سازه کنترل، پروفیل سطح آب، اندازه گیری بده
    Side or lateral weir is a flow measurement structure that is extensively used in irrigation and drainage networks and sewer systems. The main channel cross-section and side weir shape completely modify the flow conditions. Up to now, many studies have been conducted on side weirs. Most of the previous theoretical analysis and experimental research works are related to the flow over rectangular side weirs. This study focuses on a circular sharp-crested side weir located in a rectangular main channel in subcritical flow regime. This kind of side weir has some advantages, in comparison to other general weir types. Since the height of this side weir varies along its length, it can control flood better than other side weirs in flood conditions. In addition, because of its circular shape, it has a greater discharge coefficient.
    The governing equation of the circular sharp-crested side weir has no analytical solution and thus should be solved by numerical methods. In order to simplify the solution, the equation of inline circular weir with discharge coefficient as a calibration parameter is used. The reference flow depth which should be used in this equation is an important point. In this study, three reference depths were considered (average depth 0.5(y1), center depth and initial depth y1).
    In this research, the equation of conventional circular weir presented by Vatankhah (2010) is used for circular sharp-crested side weir:where Qa=actual discharge; Cd = discharge coefficient; g = gravitational acceleration; and η=H/D, with H being flow depth above the circular sharp-crested weir of diameter D.
    For circular sharp-crested side weir, effective non-dimensional parameters were determined using dimensional analysis and Buckingham's Pi-Theorem. Finally, the following non-dimensional parameters were considered as the most effective ones on the discharge coefficient:where Fr= Froude number and B= main channel width.
    The experiments were performed in a rectangular open channel having provisions for a side weir at one side of the channel. The main channel was horizontal with 12 m length, 0.25 m width, and 0.5 m height which was installed on a frame. The lateral channel has a length of 6 m, width of 0.25 m, and height of 1 m that was set up parallel to the main channel; the walls and its bed were made up of Plexiglas plates. The side weir was positioned at a distance of 6 m from the channel’s entrance. A total of 123 experiments on circular sharp-crested side weirs were carried out.
    Different depths were considered as the reference depth. According to the experimental analysis, the discharge coefficient is a function of the upstream Froude number and the dimensionless ratio of its diameter to the main channel width.
    The proposed empirical equations for discharge are as: (Average depth 0.5(y1) as the reference depth)
    (Center depth as the reference depth)
    (Initial depth y1 as the reference depth)
    The average errors of the proposed equations are less than 2.4%, and only 5.5% of the experimental data have error more than 5% if the averaged and center depths are considered as the reference depth. However, 8.1% of the experimental data have error more than 5% if the initial depth is used as the reference depth.
    In this research, the characteristics of the circular sharp-crested side weir overflows in subcritical flow regime are discussed. For this purpose, experimental data related to the water surface profile of the side weir and discharge coefficient were collected and carefully analyzed to develop accurate and simple discharge equation. The results showed that the most efficient section for measuring the water surface profile is located on the center line of the approaching channel. It was also found that for the circular sharp-crested side weir, the discharge coefficient depends on the Froude number and the ratio of weir diameter to the main channel width. In this study, the conventional circular sharp-crested weir theory has been used in order to evaluate the discharge coefficient and provide a side weir discharge equation. For this purpose, three reference flow depths were considered for conventional weir (average depth 0.5(y1), center depth and initial depth y1), and for each flow depth an equation was developed for the discharge coefficient. Comparison between predicted values and experimental data showed that the average and center flow depths result in accurate outcomes for estimating the discharge coefficient. The average value of error for discharge coefficient estimation by the proposed equations is less than 2.4%. Thus, these equations are proposed for practical use.
    Keywords: Water surface profile, Flow measurement, Circular side weir, Control structure
  • وحید حق شناس، علیرضا وطن خواه*
    سرریز جانبی یکی از سازه های کنترل جریان است که به طور گسترده در شبکه های آبیاری و زهکشی و شبکه های فاضلاب استفاده می شود. تحقیق حاضر با 162 آزمایش روی سرریز جانبی دایره ای لبه تیز انجام شده است. با توجه به متغیربودن ارتفاع لبه سرریز و گسترش عرض فوقانی در سرریز جانبی دایره ای، این سرریز توانایی کنترل بهتر سیلاب را نسبت به سرریز جانبی مستطیلی داراست. معادله دیفرانسیل حاکم بر سرریز جانبی دایره ای حل تحلیلی ندارد و با استفاده از روش های عددی حل می شود. از آنجا که روش های عددی هزینه محاسباتی دارد، در این تحقیق از معادله سرریزهای معمولی و خطی فرض کردن پروفیل سطح آب در طول سرریز جانبی استفاده شده است. در نهایت، با انجام سه آزمایش دیگر در شرایط متفاوت از شرایط آزمایش های انجام شده مشخص شد که روش خطی فرض کردن پروفیل سطح آب نسبت به سایر روش های مورد استفاده در این تحقیق دقت بیشتری دارد.
    کلید واژگان: جریان متغیر مکانی، سرریز جانبی، سرریز جانبی دایره ای، ضریب بده
    Vahid Haghshenas, Alireza Vatankhah*
    Side weir is a flow control structure that used extensively in irrigation and drainage networks and sewer networks. In this research, a study with 162 experiments has been done on sharp-crested circular side weir. Since the height of this side weir varies along its length, this feature enables it to control flood better than rectangular side weir in different flood conditions. The governing differential equation of circular side weir has no analytical solution, and thus it is necessary to use numerical methods to solve it. Since numerical methods have computation cost, normal weir equation and linear assumption of water surface profile are used to solve the problem. Lastly, by doing three other experiments under completely different conditions, it was found that the method of considering linear water surface profile has less error in comparison with other methods used in this research.
    Keywords: side weir, discharge coefficient, circular side weir, spatially varied flow
  • علیرضا وطن خواه، سجاد کیانی، صالح ریاحی
    آبریز آزاد واقع در انتهای کانال های روباز، از ابزارهای ساده اندازه گیری دبی جریان است. هدف از این تحقیق، ارائه رابطه ای است که بتواند دبی جریان را برحسب عمق انتهایی آبریز محاسبه کند. در این پژوهش، بر مبنای معادله انرژی و با استفاده از دیدگاه سرریز لبه تیز با ارتفاع صفر، مدلی نظری به منظور برآورد دبی جریان در آبریز دایره ای شکل با ارتفاع های پرشدگی مختلف در کف برای رژیم های جریان زیربحرانی و فوق بحرانی ارائه شده است. بر این اساس، معادله کلی به جهت محاسبه دبی جریان برحسب عمق انتهایی آبریز برای ارتفاع های مختلف پرشدگی در رژیم جریان زیربحرانی پیشنهاد شده است. همچنین، در رژیم جریان فوق بحرانی با دانستن عمق انتهایی، شیب کف کانال و ارتفاع پرشدگی، دبی جریان از طریق نمودار گرافیکی محاسبه شده است. برای هر دو رژیم نتایج حاصل از تحقیق حاضر با نتایج داده های آزمایشگاهی دارای انطباق مناسب می باشد. معادله ارائه شده نیز دارای خطایی کمتر از 92/1 درصد می باشد.
    کلید واژگان: اندازه گیری جریان، توزیع فشار غیرهیدرواستاتیک، روش های عددی، عمق انتهایی، لبه آبریز دایره ای
    A.R. Vatankhah, S. Kiani, S. Riahi
    Introduction
    A free overfall offers a simple device for flow discharge measuring by a single measurement of depth at the end of the channel yb which is known as the end depth or brink depth. When the bottom of a channel drops suddenly, the flow separates from sharp edge of the brink and the pressure distribution is not hydrostatic because of the curvature of the flow. In channels with subcritical flow regime, control section occurs at the upstream with a critical depth (yc). Although pressure distribution at the critical depth is hydrostatic, the location of the critical depth can vary with respect to the discharge value. So, the end depth at brink is offered to estimate the discharge. A unique relationship between the brink depth (yb) and critical depth (yc), known as end-depth ratio (EDR = yb/yc), exist. Since a relationship between the discharge and critical depth exists, the discharge can ultimately be related to yb. However, when the approaching flow is supercritical, critical section does not exist. Therefore, the discharge will be a function of end depth and channel longitudinal slope.
    In current study, an analytical model is presented for a circular free overfall with different flat base height in subcritical and supercritical flow regimes. The flow over a drop in a free overfall is simulated by applying the energy to calculate the EDR and end depth-discharge (EDD) relationship.
    End-depth-discharge relationship: The flow of a free overfall in a channel can be assumed that is similar to the flow over a sharp-crested weir by taking weir height equal to zero. It is assumed that pressure at the end section is atmospheric, and also streamlines at the end section are parallel. To account for the curvature of streamlines, the deflection of jet due to gravity, the coefficient of contraction, Cc, is considered. At a short distance upstream the end section, the pressure is hydrostatic. By applying the energy equation between end section and control section which is at upstream the end section, the flow depth at the end of the channel yb in terms of depth at the control section can be determined.
    Subcritical flow regime: In this case, the approach flow to the brink is subcritical for negative, zero and mild bed slopes with critical depth at the control section. Using the definition of the Froude number at critical depth, the discharge can be determined. As the explicit relationship between discharge and depth at the brink don’t exist, a relationship should be presented through regression analysis between discharge and yb using the different values of yc over the practical range of 0.01 to 0.84. In this study, below explicit equation is presented for computing Q*(dimensionless discharge) in terms of ( ): Where d is channel diameter, is the ratio of bottom elevation to the channel diameter and . This equation can be used for different values of over the practical range of 0.06–0.6.
    Supercritical flow regime: A critical flow occurs upstream of the free overfall under the subcritical approach flow. However, no such critical flow occurs in the vicinity of the overfall under supercritical flow regime. Therefore, the Manning equation for known value of channel bed slope and Manning’s coefficient is exercised to derive the discharge relationship under the supercritical flow regime. Since an explicit equation for discharge in term of yb is impossible, a direct graphical solution for discharge for known end depth, channel bed slope, and ratio of bottom elevation has been provided for supercritical flow regime.
    Conclusion
    The free overfall in a circular channel with flat base has been simulated by the flow over a sharp-crested weir to calculate the end-depth ratio. This method also eliminates the need of an empirical pressure coefficient. The method estimates the discharge from the known end-depth. In subcritical flows, the EDR has been related to the critical-depth. On the other hand, in supercritical flows, the end-depth has been expressed as a function of the longitudinal slope of the channel using the Manning equation. The mathematical solutions allow estimation of discharge from the known end-depth in subcritical and supercritical flows. The comparisons of the experimental data with this model have been satisfactory for subcritical flows and acceptable for supercritical flows.
    Keywords: Circular overfall, End, depth, Flow measurement, Non, hydrostatic pressure distribution, Numerical methods
  • مجید خورشیدی، علیرضا وطن خواه، محمدحسین امید
    یکی از مسائل مهم در کنترل جهش تعیین حداقل ارتفاع آبپایه انتهایی است. اگرچه پژوهش های زیادی در مورد تاثیر آبپایه انتهایی روی مشخصات جهش هیدرولیکی در حوضچه های آرامش با مقاطع مستطیلی انجام شده است، ولی در مورد حوضچه های آرامش با مقطع ذوزنقه ای پژوهش های زیادی گزارش نشده است. در این پژوهش علاوه بر مقایسه نتایج آزمایشگاهی با روش های انرژی و اندازه حرکت که با روش های عددی حل شده اند، یک معادله صریح برای برآورد ارتفاع آبپایه انتهایی با روش انرژی ارائه شده است. ارزیابی نتایج بیانگر هماهنگی مناسب بین داده های آزمایشگاهی و محاسباتی است و فرمول صریح ارائه شده با تقریب مناسب ارتفاع آبپایه انتهایی را برآورد می کند.
    کلید واژگان: آبپایه انتهایی لبه پهن، حوضچه آرامش ذوزنقه ای، جهش هیدرولیکی، معادلات انرژی و ممنتوم، حل صریح
    In this study, an explicit equation is presented for estimating the height of the end sill in the trapezoidal stilling basin based on the energy equation. In addition to the experimental results were compared with energy and momentum methods which have been solved by numerical methods. Evaluation results indicate proper coordination between experimental and computational data and confirmed that the presented explicit equation can compute end sill height with suitable accuracy. In recent decades, several studies aimed at understanding the function of hydraulic jumps in trapezoidal sections have been made Forrester and Skrinde (1950) to find an analytical equation based on the Froude number, initial depth, sequent depth and sill height for controlling jump in rectangular sections which used rectangular broad-crested weir equation for determining discharge which was created by Barker and Doeringsfeld (1941). Achour and Debabeche 2003) investigated the effects of broad-crested end sill on the U-shaped sections as well as the effect of the sharp-crested end sill on the triangular sections with the apex angle of 90°, by comparing the theoretical and experimental equations in U-shaped sections. They also found that the required sharp-crested end sill for controlling the hydraulic jump with the same conditions should be slightly taller than broad-crested end sill in U-shaped cross sections. Achour and Debabeche (2003) presented an explicit relationship in rectangular sections to find the minimum broad-crested end sill height necessary to control the hydraulic jump which indicated good agreement with the results of Forrester and Skrinde (1950). If a broad-crested end sill placed on the supercritical flow path in the stilling basin, hydraulic jump is formed. The minimum height necessary for the sill according to the specific energy concept can be calculated. In this case, due to the existence of critical depth on the sill, this section will act as a control section. To evaluate the results of the proposed explicit equation to determine the end sill height, a number of tests were carried out. Experiments were done in a horizontal channel with symmetrical trapezoidal cross-section, and with side slopes z=0. 5, 1, 1. 5, Length of 3 m and a width of 5. 0 meters to measure the characteristics of flow jumps in the discharges range of 19. 3 «To slow down and measure the input flow in laboratory model, upstream primary reservoir, with dimensions of 1. 25 m wide, 1 m long and 1 m high were designed and built. Inlet water flow to model supply through the circulated flow system with the closed circuit pipes in the laboratory, and through the branch of pipe near the model was connected to the first tank. To calm the approaching flow to the weir, a mesh with 1. 25 m width and 1 meter height was used. Discharges measured with a calibrated weir in upstream tank. With the crossing of water over the weir, the flow was entered to supply-height reservoir. The purpose of constructing this reservoir was providing the required energy for the formation of the hydraulic jump with desired Froude number. Initial and sequent depth was measured with an accuracy of 1. 0 mm by a point gage. In order to create jump without the end sills, flow was controlled by a terminal movable valve as a tailgate. For each of the experimental data obtained from the Fr1, in the range of 3Given that the critical depth was created on the broad-creased sill, by writing momentum equation at the section of the sequent depth and sections with critical depth on the sill, the sill height can be calculated. As well as the sill height can be calculated by Bernoulli equation without taking into account the energy loss. Using any of these two methods is needed to solve nonlinear equations implicitly. With the proposed explicit equation, estimation of height end sills is provided easily in terms of the flow characteristics and canal cross sections with high accuracy. The values obtained from the proposed explicit equation for the height of broad-creased end sills with predicted values of energy and momentum equations are approximately the same, and all three methods have little difference with the experimental results. Also, it can be said that this equation can be predicted experimental data with high accuracy and indicates good performance as terms of practicality. In this study, the control of hydraulic jump with broad-creased end sills in trapezoidal sections with three side slope of 1:0. 5, 1:1 and 1:1. 5 was investigated. Flow analysis over the broad-creased sill allowed that the minimum sill height necessary for controlling the hydraulic jumps to be estimated. The results of the comparison of the proposed equation with momentum and energy equations and experimental results showed good accuracy in estimating the required broad-creased sill height to control the jumps in trapezoidal sections. Because there are no more experimental results, presented equation can be used as a guide in designing of energy dissipators to determine the broad-creased sill in trapezoidal sections with the explicit equation. It is noteworthy that the broad-crested sill is superior in comparison with other dissipators hydraulic jump structures, due to its structural stability and lower costs.»
  • محبوبه سادات ملایی، علی مهدوی مزده*، علیرضا وطن خواه
    در تحقیق حاضر هیدرولیک سیستم های آبیاری قطره ای کم فشار در لوله های لترال (جانبی) توسط مدل ریاضی و به کمک داده های آزمایشگاهی حاصل از تست لوله های موجود در ایران مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا، دبی قطره چکان ها در ارتفاع های آبی مختلف از 45/0 تا 8/1 متر در لوله لترال به قطر خارجی 32 میلی متر و طول های 16، 30، 60 و 89 متر و همچنین لترال به طول 16 متر و قطرهای خارجی 16، 20، 25 و 32 میلی متر اندازه گیری شد. رابطه دبی- ارتفاع برای قطره چکانها به صورت 8421/0h955/1=q با ضریب همبستگی 93/0 بدست آمد. برای محاسبه افت موضعی نیز بر اساس نسبت قطر لترال به طول آن دو رابطه بر حسب عدد رینولدز با ضرایب همبستگی 95/0 و 75/0 ارائه گردید. بعلاوه نتایج آزمایشگاهی نشان داد که برای برآورد افت اصطکاکی با دقت خوبی می توان از معادله کلبروک-وایت استفاده نمود. به کمک روابط و داده های استخراج شده از نتایج آزمایشگاهی مدل ریاضی واسنجی و صحت سنجی شد. از این مدل برای ارزیابی اثر قطر، ارتفاع آبی و طول های مختلف لوله لترال بر دبی قطره چکانها که به صورت آزمایشگاهی امکان پذیر نیست، استفاده گردید. نتایج نشان داد که محدوده طولی مناسب برای لترال به قطر خارجی 16 میلیمتر که با ارتفاع آبی 45/0 تا 8/1 متر، بتواند یکنواختی بالای 80 درصد را ایجاد کند، 40 تا 75 متر می باشد. این عدد برای قطر خارجی 20، 25 و 32 میلیمتر، به ترتیب بین 50 تا 100 متر، 70 تا 150 متر و 80 تا 180 متر می باشد.در پایان نیز یک نموگرام و رابطه برای طراحی سیستم های آبیاری قطره ای کم فشار ارائه گردید.
    In the present study، hydraulic properties of low pressure drip irrigation systems in lateral pipes were evaluated by mathematical model with the aid of experimental data resulting from testing of tubes available in Iran. In this regard، emitters discharge were measured in different initial heads from 0. 45 to 1. 8 m for laterals with outside diameter of 32 mm with different lengths of 89، 60، 30، and 16 meters and also for laterals with the length of 16 meters and external diameters of 32، 25، 20، and 16 mm. the obtained discharge-head relation was q=1. 955h0. 8421 with R2 of 0. 93. On the basis of the ratio of lateral diameter to its length، two relations were proposed for estimating local loss as a function of Reynolds number with R2 of 0. 95 and 0. 75. Furthermore، experimental results showed that Colebrook-White relation could be used as a good estimation for friction losses. The model was calibrated and evaluated using experimental data and relations which were obtained from experimental results. The model was used for evaluating the effect of different heads، lateral diameters، and length on emitter discharges، which was not possible to evaluate experimentally. The results revealed that the proper length interval in which the uniformity is more than 80% was 40 to 75 meters for laterals with the external diameter of 16 mm under different heads (from 0. 45 to 1. 8 meters). This length interval for laterals with external diameters of 20، 25، and 32 mm was 50 to 100 m، 70 to 150 m، and 80 to 180 m، respectively. Finally، a relation was developed for designing low pressure drip irrigation system.
  • صالح ریاحی، علیرضا وطن خواه*
    سرریز جانبی به عنوان یک سازه کنترل و اندازه گیری جریان به صورت گسترده در زمینه هایی نظیر مهندسی هیدرولیک، آبیاری و محیط زیست مورد استفاده قرار می گیرد. جریان روی سرریز جانبی به عنوان یکی از مسائل جریان متغیر مکانی با کاهش بده شناخته شده و با استفاده از روش های آزمایشگاهی، مدل سازی عددی و تحلیل نظری بررسی می گردد. تحقیق حاضر به بررسی خصوصیات جریان روی سرریز جانبی ذوزنقه ای واقع در یک کانال اصلی با مقطع مستطیلی و در شرایط رژیم جریان زیربحرانی می پردازد. پروفیل جریان بر روی سرریز جانبی و ضریب بده جریان با استفاده از نتایج آزمایشگاهی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. با توجه به نتایج این تحقیق و توصیه محققین پیشین، بهترین مقطع برای اندازه گیری پروفیل جریان در امتداد محور مرکزی کانال معرفی شده است. مشخص گردید که ضریب بده سرریز جانبی ذوزنقه ای به عدد فرود جریان بالادست، نسبت ارتفاع سرریز به عمق جریان، نسبت ارتفاع روگذری به عمق جریان و شیب جداره سرریز بستگی دارد. در این تحقیق برای ارزیابی ضریب بده و ارائه معادله بده برای سرریز جانبی، از تئوری سرریز معمولی استفاده شده است. برای این منظور از سه عمق مشخصه به عنوان هد سرریز استفاده شد و بر اساس هر یک از این اعماق رابطه ای برای ضریب بده ارائه گردید. مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی نشان داد که عمق متوسط جریان بهترین جواب را برای ارزیابی ضریب بده ارائه می کند. متوسط خطای برآورد ضریب بده با استفاده از عمق متوسط جریان برابر با 6/ 2 درصد می باشد. لذا می توان این روش را برای مقاصد عملی پیشنهاد نمود.
    کلید واژگان: سرریز جانبی ذوزنقه ای، پروفیل سطح آب، ضریب بده، سرریز معمولی، جریان متغیر مکانی، سازه کنترل
    S. Riahi, A.R. Vatankhah*
    Introduction
    Side weir structures are extensively used in hydraulic engineering, irrigation and environmental engineering, and it usually consists of a main weir and a lateral channel. Side weirs are also used as an emergency structure. This structure is installed on one side or both sides of the main channel to divert the flow from the main channel to the side channel. Lateral outflow takes place when the water surface in the main channel rises above the weir sill. Flow over a side weir is a typical case of spatially varied flow with decreasing discharge. There have been extensive studies on side weir overflows. Most of the previous theoretical analysis and experimental research works are related to the flow over rectangular side weirs in rectangular main channels. In the current study, the flow conditions over a trapezoidal side weir located in a rectangular main channel in subcritical flow regime is considered.
    Materials And Methods
    The experiments were performed in a rectangular open channel having provisions for a side weir at one side of the channel. The main channel was horizontal with 12 m length, 0.25 m width, and 0.5 m height, and it was installed on a frame; lateral channel that has a length of 6 m, width of 0.25 m, and height of 1 m. It was set up parallel to the main channel; walls and its bed were made up of Plexiglas plates. The side weir was positioned at a distance of 6 m from the channel’s entrance. A total of 121 experiments on trapezoidal side weirs were carried out.
    Results And Discussion
    For trapezoidal side weir, effective non-dimensionnal parameters were identified using dimensional analysis and Buckingham's Pi-Theorem. Finally, the following non dimensional parameters were considered as the most effective ones on the discharge coefficient of the trapezoidal side weir flow.in which Fr1= upstream Froude number, P= hight of the trapezoidal side weir, y1= upstream water depth, z=side slope of the trapezoidal side weir and T=top flow width of the trapezoidal side weir. Water surface profiles were measured along the weir crest, the main channel centerline, and far from the weir section. Different elevations in water surface profile depend on the upstream Froude number in the main channel; depth differences in low Froude numbers are at minimum values, and in high Froude numbers are at maximum amounts. The water surface level along the crest drops at the entrance of the side weir to the first half of the side weir; and it has been attributed to the side weir entrance effect at the upstream. Afterwards, the water level rises towards the downstream of the weir. According to the experimental results, measurements of the water in the centerline of the main channel are reliable and water surface drop is negligible. According to the parameters affecting the discharge coefficient for each value of z, discharge coefficient equations were developed with acceptable accuracy such that the effects of this parameter were shown separately. Finally, the general equation was proposed. The general functional form for discharge coefficient is presented as follows where the effect of the side slope parameter, z, is also considered. The mean and maximum percentage errors of the discharge coefficient computed using the proposed equation are as 2.6% and 11.5%, respectively.
    Conclusion
    In this study, the characteristics of trapezoidal side weir overflows in subcritical flow regime were discussed. For this purpose, experimental data related to the water surface profile of the side weir and discharge coefficient were collected and analyzed. The results showed that the most efficient section for measuring water surface profile is located at the center line of the main channel. It was found that for trapezoidal side weir, the discharge coefficient depends on the Froude number, the ratio of crest height to initial depth, the overflow length to initial depth, and the side slope of the weir. In this study, conventional trapezoidal weir theory has been used in order to evaluate the discharge coefficient and provide side weir discharge equation. For this purpose, three reference depths were considered for conventional weir, and for each depth an equation was developed for the discharge coefficient. Comparison between predicted values and experimental data showed that average flow depth results in accurate outcomes for assessing the discharge coefficient. The average value of error for discharge coefficient estimation by the proposed equation is 2.6%. Thus this equation is proposed for use in practice by water engineers.
    Keywords: Control structure, Conventional weir, Discharge coefficient, Spatially varied flow, Trapezoidal side weir, Water surface profile
  • حمید کیان مهر *، صلاح کوچک زاده، علیرضا وطن خواه
    سرریزهای تناسبی که در آن ها بده با توان واحد بارآبی رابطه دارد به عنوان سرریزهای تناسبی خطی شناخته می شوند. این سرریزها به دلیل توان واحد بار آبی، دارای برتری نسبت به سرریزهای متداول دیگر برای برخی از کاربردها هستند. در این پژوهش بر اساس مبانی نظری، سرریزهای تناسبی خطی مختلف با مقاطع مثلثی معکوس، دودکشی و دو مثلثی معکوس طراحی شد. سپس، با ساخت این سرریزها و نصب آن ها در یک مجرای دایره ای، برقراری رابطه خطی بین بده و بار آبی به صورت آزمایشگاهی آزمون شد. یکصد و هشتاد آزمایش روی سرریز های مورد مطالعه در محدوده ی بده 1 تا 8 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج وجود رابطه خطی بین بده و بار آبی در هر یک از سرریزهای طراحی شده را تایید کرد و نشان داد که برای سرریز مثلثی معکوس 50% داده ها و برای سرریزهای دودکشی و دو مثلثی معکوس به ترتیب 66% و 73% داده ها دارای خطای نسبی بین 1%± از رابطه خطی برازشی هستند. همچنین مشخص شد که سرریز دو مثلثی معکوس انحراف کم تری از رابطه خطی نظری خود، نسبت به نتایج به دست آمده برای دو سرریز دیگر داشته و عملکرد مطلوب تری ارائه کرده است.
    کلید واژگان: اندازه گیری بده، رابطه خطی، سرریز، سرریز تناسبی، مقطع دایره ای
    Proportional weirs in which the discharge is linearly related to the head are known as linear proportional weirs. Because of unit power of their head, linear proportional weirs are more preferable than other traditional weirs in some situations. In this research, based on theoretical concepts different linear proportional weirs having inverted triangular, chimney and two inverted triangular sections were designed. Then, the weirs were constructed and their linear relationship was examined experimentally. 180 runs were conducted to compile the data in the discharge range between 1 and 8 l/s. The data proved the presence of linear relationships for all the examined weirs. The results are shown that relative error of 50%, 66% and 73% of experimental data for inverted triangular weir, chimney weir and two inverted triangle weir are between 1%±. Also, it is observed that the two inverted triangular weir performed better than that of other two weirs, that is, the two inverted triangular weir data had the minimum deviation from its proposed relationship.
  • محبوبه سادات ملایی، علی مهدوی مزده، علیرضا وطن خواه
    هیدرولیک سیستم های آبیاری قطره ای کم فشار به صورت آزمایشگاهی و توسط لوله های موجود در ایران بررسی شد. بدین منظور اثر بارهای آبی مختلف از 45/0 تا 8/1 متر در لوله لترال به قطر خارجی 32 میلی متر (طول های 16، 30، 60 و 89 متر) و همچنین لوله های لترال به طول 16 متر (قطرهای خارجی 16، 20، 25، 32 میلی متر) بر متوسط دبی گسیلنده ها، ضریب تغییرات، درصد یکنواختی و همچنین افت ارزیابی شد. نتایج نشان داد که سیستم آبیاری قطره ای کم فشار، دبی مورد نیاز را با یکنواختی مناسبی در طول لترال تامین می کند. توان و ضریب ارتفاع هیدرولیکی در رابطه دبی ارتفاع، به ترتیب برابر 819/0 و 975/1 برآورد شد. به علاوه نتایج نشان داد که یکنواختی بالای 88درصد در لوله لترال به طول 89 متر (قطر خارجی 32 میلی متر) و همچنین لترال به طول 16 متر (قطر خارجی 16 میلی متر)، در کمترین ارتفاع هیدرولیکی (5/0 متر) به دست می آید.
    کلید واژگان: افت اصطکاکی، بار آبی، طول و قطر لترال، یکنواختی توزیع
    System Mahboubeh Sadat Mollaee, Ali Mahdavi Mazdeh, Alireza Vatankhah
    In this study, Hydraulic properties of low pressure drip irrigation systems were studied under laboratory conditions and using of the pipes that exist in Iran. Therefore, effect of various heads from 0.45 to 1.8m was evaluated for lateral pipe with outside diameter 32mm and length of 16, 30, 60 and also the lateral pipe with length 16 and outside diameter of 16, 20, 25 and 32mm, on hydraulic characteristics consist of average emitter discharge, variation coefficient, uniformity and loss. Emitters used in this study were micro-tube with length of 0.7m and outside diameter of 3mm that inserted to the lateral at 1m intervals. Results showed low pressure trickle irrigation system supplied necessary discharge in all of the lateral length and diameters to the end of it. Moreover, examine effect of lateral length and diameter on emitter coefficient uniformity indicated that desirable uniformity obtain in the lateral with length of 89m and outside diameter of 16mm and also the least head.
    Keywords: distribution uniformity, low pressure, lateral length, diameter, trickle irrigation
  • نوشین اصلاحی، ابراهیم امیری تکلدانی*، علیرضا وطن خواه

    اندازه گیری دقیق بده جریان در مجاری روباز و شبکه های انتقال آب و فاضلاب از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده، به طوری که تاکنون انواع مختلفی از سازه ها از قبیل سرریزها، روزنه ها، فلوم ها و دریچه های کشویی به منظور اندازه گیری بده جریان ارائه شده اند. سرریزهای تناسبی دسته ای از سرریزهای لبه تیز هستند که به دلیل حساسیت کم نسبت به تغییر عمق بالادست از درستی بالایی برخوردار می باشند. در سرریزهای تناسبی نوع خطی، رابطه میان بده و بار آبی خطی است، در حالی که در انواع جذری و لگاریتمی آن، رابطه خطی به ترتیب میان بده و جذر بار آبی و لگاریتم بار آبی برقرار می باشد. در این تحقیق بر اساس مبانی نظری موجود در زمینه سرریزهای تناسبی و روش طراحی بدون بعد، سه نوع سرریز تناسبی خطی با مقاطع دودکشی، مثلثی معکوس و دو مثلثی معکوس و دو نوع سرریز تناسبی جذری با کناره های خطی یک تکه و دو تکه طراحی و ساخته شده و در انتهای یک کانال با مقطع مستطیلی تعبیه شدند. با انجام حدود 600 آزمایش در محدوده بده 2 الی 10 لیتر بر ثانیه بر روی سرریزها، برقراری رابطه خطی میان بده و بار آبی در سرریزهای تناسبی خطی و بده و جذر بار آبی در سرریزهای تناسبی جذری به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش ها نشان دادند که ضریب بده تابعی از نسبت های بدون بعد بار آبی به ارتفاع تاج سرریز و طول تاج سرریز به ارتفاع تاج سرریز می باشد. با استفاده از بخش عمده ای از نتایج آزمایشگاهی رابطه ای میان بده و ضریب جریان برای هر کدام از سرریزها بدست آمد. مقایسه نتایج حاصل از روابط بدست آمده با باقی مانده نتایج آزمایشگاهی نشان داد که متوسط خطای معادلات ارائه شده برابر با 5/1 درصد است که بیانگر دقت مناسب روابط ارائه شده می باشد.

    کلید واژگان: سرریز تناسبی خطی، سرریز تناسبی جذری، ضریب بده، کانال مستطیلی
    N. Eslahi, E. Amiri Tokaldany, A. Vatankhah

    Accurate measurement of flow in open channels، water transmission and sewage networks is accounted as an important issue in operational management of hydraulic structures. So far، various types of structures such as weirs، orifices، flumes and slide gates have been used to measure the discharge in conveyance structures. Meanwhile، proportional weirs، a type of sharp-crested weirs، have high accuracy، because of their low sensitivity to upstream depth. In the linear type of proportional weirs، the relationship between discharge and head is linear، while in quadratic and logarithmic types، linear relationships are established between discharge and square head، and between discharge and logarithm of head، respectively. In this research، based on theoretical criteria for proportional weirs and also dimensionless design method، three types of linear proportional weir; i. e. chimney cross section، inverted triangle، and inverted two triangles، and two types of quadratic proportional weir; i. e. one-piece and two pieces linear edge، were designed، constructed and installed at the end of a rectangular channel. In this research، about 600 experiments were carried out with discharge range of 2 to 10 l/s to find experimentally the relationships between head and discharge in the above mentioned proportional weirs. Results of experiments showed that discharge coefficient is a function of dimensionless ratio of the head to the weir height، and the dimensionless ratio of the weir crest length to the weir height. Using some of the experimental results، a relation between discharge and flow coefficient obtained for each weir. Comparison of the results obtained from the relationships with the rest of the results from experiments، showed that the average error of the proposed equation is equal to 1. 5 percent، indicating high accuracy of the proposed equations.

    Keywords: Linear Proportional Weir, Quadratic Proportional Weir, Discharge Coefficient, Rectangular Channel
  • علیرضا عمادی، سمیه غفاری، علیرضا وطن خواه
    تعیین دقیق سرعت متوسط و دبی مجاری روباز از اهداف مهم علم هیدرولیک است. یکی از روش های تعیین سرعت متوسط که دارای کاربرد فراوانی نیز می باشد، استفاده از رابطه مانینگ است. کاربرد این رابطه در برخی از مقاطع از جمله مقطع دایره ای با خطا همراه می باشد. در این پژوهش به منظور افزایش دقت این رابطه تعریف جدیدی برای شعاع هیدرولیکی بر اساس شکل مقطع جریان به نام شعاع هیدرولیکی موثر در مختصات دکارتی ارایه شده است. در این تعریف، تاثیر زبری سطح آزاد آب با در نظر گرفتن یک ضریب وزنی بزرگ تر از یک در محاسبات اعمال می شود. با کاربرد شعاع هیدرولیکی موثر در رابطه مانینگ برای مقطع دایره ای، تطابق خوبی بین نتایج به دست آمده و نتایج آزمایشگاهی موجود مشاهده گردید. مجذور میانگین مربعات خطای سرعت و دبی نسبی محاسباتی به دست آمده از کاربرد شعاع هیدرولیکی مرسوم و موثر نسبت به داده های واقعی به ترتیب برابر با 14904/0، 08125/0 و 01113/0، 00042/0 می باشد. نتایج نشان داد که کاربرد شعاع هیدرولیکی موثر، تاثیر قابل ملاحظه ای در افزایش دقت رابطه مانینگ در مقایسه با کاربرد شعاع هیدرولیکی مرسوم دارد.
    کلید واژگان: رابطه مانینگ، شعاع هیدرولیکی موثر، مقطع دایره ای، سرعت متوسط
    A. Emadi, S. Ghaffari, A. Vatankhah
    Accurate estimation of mean velocity and discharge of open channels is one of important goals in hydraulic knowledge. Application of Manning equation is one of the methods with abundant use for mean velocity calculation. Application of this equation in several cross sections such as circular section is associated with error. In this study, effective hydraulic radius is defined based on cross section shape in Cartesian coordinates. In this definition, the effect of water surface roughness is applied in calculations with respect to a weight factor greater than one. By application of effective hydraulic radius in Manning equation for circular cross section a good accordance was observed between calculated and existed experimental results. Root square means error of relative computational velocity and discharge from the conventional and effective hydraulic radius toward experimental data are 0.14904, 0.08125 and 0.01113, 0.00042, respectively. Results showed that application of effective hydraulic radius has a significant effect on increasing the accuracy of Manning equation compared with conventional hydraulic radius.
    Keywords: Manning equation, Effective hydraulic radius, Circular section, Mean velocity
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال