مقالات رزومه دکتر منوچهر فتحی مقدم
-
مساله ی مقاومت در مقابل جریان در مجاری روباز دارای پوشش گیاهی در دهه های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. حضور پوشش گیاهی در مناطق مستعد سیلاب و حاشیه ی رودخانه ها تاثیر قابل توجهی بر پراکنش انرژی و کاهش خسارات دارد. در این مقاله به منظور بررسی اثر پوشش گیاهی در آبراهه ها، پوشش گیاهی صلب و انعطاف پذیر با نمونه های مصنوعی مدل سازی شد. در شرایط آزمایشگاهی، نیروی درگ اعمال شده بر مدل پوشش گیاهی غیر مستغرق به صورت مستقیم با استفاده از حس گر نیرو در بخش متحرک فلوم اندازه گیری شد . در این مقاله، شاخص جدیدی با عنوان "شاخص تراکم" پوشش گیاهی معرفی شده است. این شاخص به سطح مقابل جریان هر واحد پوشش گیاهی و مجموع تعداد واحدهای پوشش گیاهی در محدوده مورد مطالعه بستگی دارد. نتایج نشان داد در هر دو مدل صلب و انعطاف پذیر، با افزایش شاخص تراکم پوشش گیاهی و عمق نسبی، میزان جذب نیروی درگ افزایش می یابد. بررسی اثر شاخص تراکم پوشش گیاهی نشان داد افزایش این شاخص تاثیر به سزایی در کاهش ضریب درگ دارد؛ به طوریکه در بیشترین میزان افزایش شاخص تراکم، کاهش 8/19 درصد در ضریب درگ مشاهده گردید. افزایش عمق نسبی جریان تا رسیدن به مرحله ای که پوشش گیاهی در آستانه ی استغراق قرار گیرد، به ترتیب در دو مدل صلب و انعطاف پذیر موجب کاهش 81/ 12 درصد و 43/10 درصد ضریب درگ می شود. در نهایت دو مدل ریاضی با ضریب رگرسیون 87/0 و 89/0 به ترتیب به منظور تخمین ضریب درگ پوشش گیاهی صلب و انعطاف پذیر با در نظر گرفتن پارامترهای بدون بعد موثر ارائه گردید.کلید واژگان: شاخص تراکم, مقاومت جریان, عمق نسبی, غیر مستغرق}Rivers are known as the main sources of surface water in the world, which experience seasonal fluctuations in water level. These resources have severe damage to human societies and nature in flood conditions and have irreparable consequences in the drought seasons. Optimal utilization of these resources with maintaining the environmental conditions of the waterway and minimizing flood damage is considered one of the river engineering goals. Since the conventional methods of river management are imposed serious environmental threats on waterways and wetlands, consideration to these water resources requires attention to issues related to plant ecosystems, solving challenges of coastal bed erosion and predict the condition and management of the river in the future (Callow, 2012; Dawson and Haslam, 1983; Fan et al., 2013; Rose et al., 2010; Rowinski et al., 2018). One of the strategies that cause loss of flow energy in the river improves the hydrological system and river ecosystem is the presence of vegetation in the river banks and floodplains. Native vegetation in floodplains and coastal forests plays an important role in conserving waterway ecosystems, flood management, coastal protection in urban lands and agriculture adjacent to the river (Fathi-Moghadam, 1996). Vegetation will also control the width of the river and increase the stability of the shores by absorbing and settling suspended sediments in river banks. The plant species along rivers and waterways are composed of various vegetative components, mainly affected by the environmental conditions of their habitat, including the distance from the waterway bed, hydrological characteristics of the river, climatic and soil conditions. Obviously, the effect of each plant species in the ecosystem cycle varies and for each section of the river, a specific combination of plants will create optimal conditions.Keywords: Density Index, Flow Resistance, Relative Depth, Non- Submerged}
-
مطالعه جریان های غیرماندگار در خطوط لوله دارای نشت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این تحقیق جریان گذرا در حضور نشت در خط لوله ای از جنس پلی اتیلن به قطر 63 میلیمتر و طول 47 متر در آزمایشگاه بررسی و توسط مدل حل عددی شده مورد تحلیل و شبیه سازی قرار گرفت. به هنگام شبیه سازی، پارامترهای مجهول ضرایب شتاب های زمانی kut و مکانی kux و همچنین ضریب تخلیه روزنه نشت cd تا عدد رینولدز حدود 106000 محاسبه شد. نتایج حاکی از آن بود که مقادیر kut برای حالت وجود نشت و حالت بدون نشت تقریبا ثابت و یکسان می باشند و همچنین ضریب kux برای حالت وجود نشت کمتر از مقادیر kux برای حالت بدون نشت است. تغییر در محل نشت تاثیر چندانی بر روی مقادیر kut و kux ندارد. انتخاب نوع مدل اصطکاکی ماندگار و یا غیرماندگار برای شبیه سازی جریان گذرا، اثر چندانی بر ضریب تخلیه روزنه نشت نداشت. همچنین مقادیر حداقل و حداکثر 97/0 و 59/4 پارامتر مجموع مربعات خطای موج فشاری و جریان گذرای شبیه سازی شده توسط مدل اصطکاکی غیرماندگار دو ضریبی در حضور نشت، نمایان گر توانایی مناسب مدل اصطکاکی مذکور می باشد.
کلید واژگان: تحلیل معکوس, جریان گذرا, ضرایب مدل اصطکاکی غیرماندگار, ضریب تخلیه روزنه, نشت}Background and ObjectivesThe analysis of transient flows in closed ducts has always been one of the most important and favorite topics of hydraulic engineers. On the other hand, with operation of water supply facilities during the time, water leakage may occur anywhere in the transmission pipeline system. Haghighi and Ramos (2012) performed leak detection in pipelines using inverse transient analysis and CFO optimization method. Mohammadi and Fathi-moghadam (2013) analyzed the fast transient flow in pipelines by the unsteady friction model. Akbari et al. (2021) investigated the detection of leaks in polyethylene transmission pipelines using pressure wave reflection of transient flow. Therefore, using laboratory modeling, fast unsteady flow in leaking pipelines was investigated, and then, a computer model was coded by Visual Basic programming language, with the ability to simulate transient flow in pipelines in presence of leakage. Then the parameters of temporal and spatial acceleration coefficients kut and kux and discharge coefficient of leak orifice cd were calculated.
MethodologyIn this research, a 47m long pipe that made of polyethylene with 10bar nominal pressure and diameter of 63mm was used in experiments. The transient flow was generated in it by very fast closure of the end valve. A computer numerical program was developed to simulate the hydraulic conditions in pipeline. The coded model analyzer motor analyzes the basic unsteady flow equations in pressurized ducts, and the inverse analyzer is an optimization algorithm using a defined goal function to find the best fit of the recorded pressure waves and those simulated with the least error. Also, the boundary conditions for simulating the leak in the pipeline were included in the numerical model.
FindingsThe values of kut and kux coefficients related to the wave simulations was calculated. The values of kut for leakage and non-leakage state were approximately the same, and the coefficient of kux for leak state would be less than non-leakge state. In the case of leaks with different diameters, the coefficient of kut were generally the same as in the case of non-leakage. However, the values of kux coefficients for leakage with a diameter of 4 mm were greater than those for leakage with a diameter of 10 mm, and both of these values were less than non-leaking. The reason is that as the diameter of the leak increases, the damping rate of the pressure waves increases, therefore the value of the kux coefficient decreases.The change in the leak location had almost no effect on the values of kut and kux. The coefficient of kux in the presence of leak, either at a distance of 27 m or 39 m, were less than its values in non-leak state, and both values were also approximately equal to each other. Leak orifice with a larger diameter (10 mm) had a higher discharge coefficient than leak with a smaller diameter (4 mm), due to their lower resistance and lower energy dissipation against the increase in pressure produce in the system by the transient pressure wave. The performance of the two-coefficient unsteady friction model was evaluated by statistical indexes. Also, the numerically simulated waves and the laboratory samples was compared to each other. The two-coefficient unsteady friction model had a good ability to simulate a transient pressure wave in presence of a leak.
ConclusionThe values of kut for leak and no-leak state were almost constant and the values of kux for leak state was less than the kux for the no-leak state. Changes in leak location had almost no effect on the values of kut and kux. Selecting a steady or unsteady type of friction model to simulate the transient flow in the presence of leakage had almost no effect on the orifice discharge coefficient. Two coefficient unsteady friction model had a good ability to simulate the pressure wave of transient flow in the presence of leakage.
Keywords: Coefficients of unsteady friction model, Discharge coefficient of orifice, Inverse analysis, leakage, Transient flow} -
مطالعه حاضر به بررسی عددی خصوصیات جریان گذرا در شبکه لوله پلی اتیلن می پردازد. به این منظور معادله های پیوستگی و مومنتم حاکم بر جریان گذرا در سیستم های تحت فشار با در نظر گرفتن اثرات افت اصطکاکی ماندگار و غیرماندگار و اثر ویسکوالاستیک دیواره لوله های پلیمری با بهره گیری از روش خطوط مشخصه در حوزه زمان تحلیل شدند. آزمایش هایی با مقادیر مختلف دبی حالت ماندگار بر روی یک شبکه لوله پلی اتیلن ساخته شده در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد و سیگنال های فشار گذرا در نقاط مختلف شبکه توسط فشارسنج هایی برداشت شدند. نتایج مقایسه سیگنال های فشاری برداشت شده از مدل آزمایشگاهی نشان داد که با افزایش دبی، سیگنال جریان گذرا دارای شدت بیش تر و اختلاف فاز کم تری است. واسنجی مدل عددی شبکه لوله با در نظر گرفتن اثرات افت اصطکاکی غیرماندگار و ویسکوالاستیک دیواره لوله با استفاده از تحلیل معکوس جریان گذرا انجام شد و صحت سنجی نشان داد که سیگنال عددی جریان گذرا با در نظر گرفتن تنها اثر ویسکوالاستیک دیواره با یک المان کلوین- ویت دارای بیش ترین میزان مطابقت با اطلاعات برداشت شده از مدل آزمایشگاهی است. هم چنین مقایسه توابع خزش تطابقی برای مقادیر مختلف دبی نشان داد مقدار تابع خزش در شبکه لوله وابسته به مقدار دبی جریان ماندگار است.
کلید واژگان: لوله پلی اتیلن, الگوریتم ژنتیک, افت اصطکاکی غیرماندگار, تابع خزش تطابقی, ویسکوالاستیسیته}The analysis of transient flow plays a critical role in designing pipe systems and pipe networks. Controlling and collecting the pressure wave signals at proper spots in the pipeline can provide much information about the system. Many researchers have studied transient flow and the loss caused by unsteady flow (Brunone et al, 1991; Pezzinga, 1999; Vitkovsky et al., 2000).
Compared with steel pipes, the use of polymer pipes such as polyethylene (PE) and PVC in pipelines and pipe networks has attracted much attention due to their superior properties. Researches have been conducted on the dynamic behaviour of these pipes on transient flow. Brunone et al. (1995) explained that pressure wave damping in a polyethylene pipeline is caused by unsteady friction loss; however, the research showed that there is a large difference between the numerical and the experimental results, and this is due to the viscoelastic effects of polymer pipe walls, which were neglected in this study. Soares et al. (2008) examined the viscoelastic behaviour of PVC pipes on transient flow. The creep function of these pipes was calculated by inverse solution of the transient flow. The results showed that the damping, scattering, and shape of the transient pressure waves are fully described by taking into account the viscoelastic behaviour in the developed numerical model. Carriço et al. (2016) studied the uncertainties of the transient flow numerical model in polyethylene pipes, indicating that unsteady friction loss and viscoelasticity of polyethylene pipe walls have parallel effects on transient signals and the effects cannot be simultaneously distinguished.
Most studies have been so far conducted on the transient flow in a simple pipeline made up of steel and concrete. Since few research has been done on transient flow in more complex systems and plastic pipes, the present paper investigates the numerical and experimental model of transient flow and its properties in polyethylene pipe networks in time domain. In this study, by collecting transient signals of the pipe network, unknown parameters are calibrated and extracted by inverse analysis of the transient flow for different discharges. The pressure signal properties in polymer pipes are also compared with discharge variations.Keywords: Polyethylene pipe, Genetic algorithm, Unsteady friction loss, Creep compliance function, Viscoelasticity} -
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و دوم شماره 4 (پیاپی 109، زمستان 1401)، صص 215 -224
یکی از روش های نوین حفاظت از قوس رودخانه ها استفاده از سازه هوادهی (Air bubble screen) است. در این مقاله به مطالعه تاثیر سازه هوادهی بر الگوی جریان و قدرت جریان ثانویه و تنش برشی بستر در یک قوس ملایم 90 درجه همراه با سازه هوادهی پرداخته شده است. در انجام این آزمایش ها برای اندازه گیری سرعت از دستگاه سرعت سنج الکترومغناطیس سه بعدی استفاده شده است. مقایسه بین کانتورهای (Countors) سرعت طولی در طول قوس انجام شده و مقادیر قدرت جریان ثانویه و الگوی آن و همچنین تنش برشی بستر موردبررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن است که در حضور سازه هوادهی الگوی توزیع سرعت و تنش برشی اصلاح شده و مکان بیشینه سرعت و تنش برشی از قوس بیرونی دور شده و به میانه کانال منتقل می شود. الگوی جریان ثانویه نشان دهنده وجود یک سلول جریان ثانویه در خلاف جهت سلول ناشی از انحنا است و همچنین قدرت جریان ثانویه نیز کاهش یافت. با توجه به نتایج ارایه شده انتظار می رود مکان وقوع بیشینه آب شستگی که منطبق بر مکان بیشینه سرعت و تنش برشی است از قوس بیرونی دور شده و به میانه فلوم منتقل شود.
کلید واژگان: سرعت سنج سه بعدی, قدرت جریان ثانویه, الگوی جریان, تنش برشی بستر, سازه هوادهی}Journal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:52 Issue: 4, 2023, PP 215 -224The complex interactions between streameise flow and curvature- induced secondary flow in bends, bed morphology cause erosion near the outer bank, and deposition near the inner bank, that it can endanger the outer bank’s stability and also reduce the navigable width of the rivers. There are several techniques to protect the outer bank, reduce adverse impacts and control bed erosion in bends. Methods used in most parts of the world include submerged groynes, spur dikes, and bandal-like structures. But, meny these Methods have the disadvantage of being fixed constructions on the bed river that caused a threat for navigation. This paper describes a new way that consists in changes the bed morphology with provoking changes in the flow pattern. Dugue, et al. (2011, 2012) studied morph dynamic bends rivers with the Air-bubble screen method. Their results reveal that the air bubble screen is able to modify the flow pattern by shifting the maximum scouring from the outer bank towards the center of the flume and does not endanger its stability anymore. Dugue et al, 2013 studied scour reduction at a 193° bend by an air-bubble screen method. Velocity pattern at 70° bend showed that the bubble-induced flow pattern overcame the secondary flow induced by the outer bank while decreasing the morphology slope. It also showed 50 percent reduction in the maximum scour depth. Shukry (1949) is one of the first researchers in the study of erosion of the outer bank of rivers in a canal with a 180- degree bend with various proportions of the rivers radius to its width. There have been very few investigations about air bubble screen in 90 bend, therefor in this study the effect of the air bubble screen on flow pattern and Secondary flow strength and bed shear stress in 90 degree bend under Froude numbers 0.45 is examine.
Keywords: 3-D velocimeter, Secondary flow strength, Flow pattern, Bed shear stress, Air bubble screen} -
اندازه گیری جریان در آبراهه های روباز همواره یکی از مهم ترین موضوعات مد نظر متخصصین علم هیدرولیک بوده است. به منظور اندازه گیری دبی در آبراهه ها به روش سرعت-مساحت اندازه گیری سرعت متوسط جریان ضرورت دارد. اما به کارگیری روش های تماسی مثل استفاده از مولینه برای اندازه گیری سرعت همیشه میسر نیست و در مواقع سیلاب و هم چنین برای جریان های کم عمق استفاده از این روش ها امکان پذیر نمی باشد. رویکردی که اخیرا به عنوان یک گزینه غیرتماسی برای اندازه گیری جریان در مجاری روباز مورد توجه قرار گرفته است استفاده از روش های سرعت سنجی مبتنی بر تصویربرداری از سطح جریان می باشد. از جمله این روش ها گونه ای از روش PIV موسوم به LSPIV است که به دلیل حذف ضرورت استفاده از لیزر طرفداران زیادی پیدا کرده است. در این مطالعه برای اندازه گیری میدان دو بعدی سرعت روی سطح جریان فوق بحرانی پر شیب و توربولنت از LSPIV بهره گیری شد. از داده های سرعت حاصله برای محاسبه شاخص سرعت (VI) که برای تبدیل سرعت سطحی به سرعت متوسط مقطع و اندازه گیری دبی جریان به کار می رود استفاده گردید و تاثیر تغییرات استغراق نسبی در سه شیب مختلف روی این شاخص بررسی شد. هم چنین میدان سرعت سطحی متوسط زمانی برای استغراق های مختلف به صورت کمی مقایسه شد. مقادیر شاخص سرعت به دست آمده در این تحقیق در محدوده 612/0 تا 784/0 با مقدار متوسط 701/0 هستند که این مقدار متوسط با مقدار متداول 85/0 حدود 17 درصد اختلاف دارد. در پایان نیز روابطی برای برآورد مقدار شاخص سرعت و متعاقبا دبی جریان با استفاده از استغراق نسبی پیشنهاد و ملاحظه گردید که روش پیشنهادی منجر به برآورد قابل قبول مقادیر دبی می شود.کلید واژگان: LSPIV, شیب تند, شاخص سرعت, اندازه گیری جریان, جریان فوق بحرانی}Measuring flow discharge in rivers and open channels has always been one of the most important concerns of water sciences experts. The most common flow measurement method in open channels is velocity- area approach. An approach recently considered as a non-contact option for measuring flow is the use of surface flow image velocimetry methods. Recently, the standard PIV method has been used to measure the velocity at larger scales and on the flow surface, which is referred to as the LSPIV (Bieri et al., 2009).The most common way of converting the surface velocity to the depth-averaged velocity is to use a coefficient called the Velocity Index (VI) which is in fact the ratio of the depth-averaged velocity to the surface velocity. In the literature, the value of the Velocity Index for river flows and laboratory flumes, which were mainly studied for subcritical conditions, is believed to be equal to 0.85, which seems to be an accepted value for this index among the hydraulics communities.In this research, an image velocimetry technique was used to study the flow characteristics, determine the Velocity Index and investigate the surface flow pattern. The instantaneous surface velocity field was measured using the LSPIV method and then a two-dimensional time-averaged velocity map was obtained for different experiments providing the possibility of comparing the flow pattern in different scenarios. Furthermore, by means of spatial averaging of the time-averaged velocity map, the double averaged surface velocity was obtained using which and the cross-sectional mean velocity the Velocity Index was calculated. Therefore, the effect of channel slope and relative submergence on the Velocity Index was investigated and relationships were proposed to estimate the VI in steep slopes.Keywords: LSPIV, Steep Channels, Velocity Index (VI), Flow Measurement, Supercritical Flow}
-
The high flow velocity downstream of weirs and gates can cause the destruction of erosive beds in rivers or even non-erosive channels. To reduce the flow's kinetic energy, structures are needed to consume this energy. Expansion basins are often used downstream of structures such as weirs, gates, and chutes to increase energy dissipation in hydraulic jumps. Various methods are used to stabilize asymmetric hydraulic jumps in abrupt expanding channels. In this study, the interaction of multiple submerged water jet injection systems with S-type hydraulic jump for stabilizing and stabilizing the hydraulic jump was investigated. The different configurations of the jet system were tested with Froude numbers 7.4, 8.7, and 9.5, and finally, three optimal configurations were selected as configurations 1, 2, and 3. In order to investigate the performance of the jet injection system under other hydraulic boundary conditions, flow velocities downstream of the jet system were measured for three optimal configurations with different depths of the tailwater. Comparison of the results of using a water jet injection system with S-type hydraulic jump showed that the energy and momentum correction coefficients in all different configurations were significantly reduced. The highest relative energy loss was observed in configuration 3, equal to 68.42%. The results showed a good performance of the jet injection system in stabilizing the asymmetric hydraulic jump S and reducing the length of the stilling basin.Keywords: Asymmetric Hydraulic Jump, Water Jet Injection System, Expanding Channels, Energy Loss, Stilling basin}
-
پرش هیدرولیکی نوعی پدیده پیچیده سه بعدی است که به وفور در رودخانه ها و کانال های روباز دیده می شود. مقاومت هیدرولیکی گیاهان کارکرد زیادی در هیدرودینامیک رودخانه ها با دشت های سیلابی طبیعی گسترده دارد. پوشش گیاهی به میدان جریان نفوذ می کند و باعث ایجاد نیروی مقاوم و در پی آن، اتلاف انرژی می شود. هدف از این تحقیق، بررسی اثر تراکم و ارتفاع پوشش، بر هیدرولیک جریان در پرش هیدرولیکی و پارامترهای مربوط به جریان دوفازی آب هوا با استفاده از المان های استوانه ای شکل از جنس آهن گالوانیزه با قطر همگون 7 میلیمتر به عنوان پوشش گیاهی است. به این ترتیب، تاثیرات همراه با تنوع پوشش و یا خم شدن در نظر گرفته نمی شوند. به این منظور، چهار فرم بستر زبر، در دو حالت زبری پیوسته و غیر پیوسته و با دو ارتفاع 5/1 و 3 سانتیمتر استفاده شده و نتایج با داده های مربوط به بستر صاف به عنوان مرجع، مقایسه شد. آزمایش های مورد نیاز این مطالعه در فلومی مستطیلی افقی با عرض 30 سانتیمتر، در محدوده اعداد فرود بین 5/5 >1Fr > 5/1 انجام شد. اندازه گیری و تعیین پارامترهای مشخصه مربوط به جریان آب هوا، توسط دستگاه پروب الکتریکی دو سوزنی که در این تحقیق طراحی، توسعه و واسنجی شده است، انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد وجود پوشش در کف کانال موجب افزایش هوادهی از طریق افزایش جزء خالی در طول غلتاب پرش شده و از طرفی، با افزایش نیروی مقاوم و تنش برشی در بستر سبب کاهش اعماق مزدوج و طول غلتاب پرش می شود؛ که این افزایش و کاهش، بسته به مقدار عدد فرود و ارتفاع و تراکم زبری ها است.کلید واژگان: پرش هیدرولیکی, پروب رسانای دو سوزنی, پوشش گیاهی غیر منعطف, جریان آب هوا}Hydraulic jumping is a complex three-dimensional phenomenon which is frequently observed in open channel flow such as rivers. The hydraulic resistance of vegetation plays a major role in the hydrodynamics of rivers with extensive natural floodplains. Vegetation penetrates the flow field and creates resistant force and, consequently, energy dissipation. In this study, the effect of vegetation density and height on flow in a hydraulic jump and parameters related to two phase Air-water flow are examined using cylindrical elements made of galvanized iron with a homogeneous diameter of 7 mm as vegetation. Thus, neither the effects of plant diversity nor flexibility have been considered. For this purpose, four forms of rough bed were used in two modes of staggered and collocated grid roughness with two heights of 1.5 and 3 cm, and the results were compared with data on smooth bed as a reference. Experiments were conducted in a horizontal rectangular flume with a width of 30 cm, in the range of upstream Froude numbers between 1.5 Fr1 5.5. Air-water flow measurements were conducted with a dual-tip conductivity probe, which was designed, developed and calibrated in this research. The results of this study showed that the presence of vegetation increases aeration by increasing the void fraction in a jump roller. And on the other hand, increasing the resistant force and shear stress in the bed reduces conjugate depths and roller length. This increase and decrease depends on the upstream Froude numbers, height and density of vegetation.Keywords: Air–water two-phase flow, Hydraulic jump, dual-tip conductivity probe, rigid vegetated bed}
-
کنترل و کاهش نشت موضوع جدید و جذابی برای متخصصین و مسیولین این زمینه از علم هیدرولیک می باشد. نگرانی ها در مورد تشخیص نشت و محل آن از اواسط قرن بیستم همراه با سیستم های انتقال نفت پیدا شد. آنالیز جریان گذرا بدون شک یک ابزار با پتانسیل بالقوه برای دست یابی به این هدف است. در این تحقیق از بازتاب موج فشاری جریان گذرا، برای تشخیص مقدار و محل آن در خطوط لوله پلی اتیلن استفاده شده است. روش به کار رفته بر تحلیل اولین موج انعکاسی از نشت تمرکز دارد. لذا برای رسیدن به این هدف ابتدا طی مدل سازی آزمایشگاهی، جریان گذرا بر روی یک سیستم مخزن، لوله و شیر مورد بررسی قرار گرفت. سیستم لوله در این تحقیق از جنس پلی اتیلن به قطر 63 میلی متر و با طول 158 متر می باشد. آزمایش ها با سه قطر نشت پنج، شش و هفت میلی متر در دو فاصله ی 3/56 و 4/117 متری از مخزن و دبی های متفاوت صورت گرفت. نتایج نشان می دهد که کمترین و بیشترین درصد خطای نسبی مکان نشت به ترتیب 12/0 و 74/12 درصد به دست آمد و نیز کمترین و بیشترین درصد خطای نسبی اندازه ی نشت به ترتیب 86/1 و 90/71 درصد محاسبه شد.
کلید واژگان: جریان گذرا, ضربه قوچ, لوله های ویسکوالاستیک, نشت یابی}Introduction When a sudden pressure surge is induced in a pipe system, discontinuities like leaks, changes of pipe diameter or material, tee-junctions, local head losses or air pockets, introduce changes in the hydraulic transient event propagation. A leak creates a pressure drop; friction increases pressure damping; a dead-end or a closed-valve reflects totally an incident wave; an air bubble creates a pressure drop followed by a pressure increase. The detection of these signals allows their identification and location. The information carried in the transient pressure signal can be used to detect, locate and size leaks, and, eventually, to distinguish these from other features existing in the pipeline. Methodology Physical model The purpose of this study was to find the location and size of leakage in polyethylene transfer pipes using transient flow. Therefore, a laboratory model was developed for this purpose at the Hydraulic Lab of the Faculty of Engineering Sciences of Shahid Chamran University of Ahvaz.
Keywords: leakage detection, water hammer, Viscoelastic pipelines, Transient flow} -
از عوامل مهم تاثیر گذار بر کاهش امواج توسط پوشش های درختی، نسبت استغراق (نسبت عمق آبگرفتگی درختان به ارتفاع آنها) است. در این پژوهش، آزمایش های جامعی در کانال موج برای ارزیابی تاثیر پوشش درختی در حالت استغراق و غیراستغراق بر میرایی امواج شکنا به اجرا درآمد و ساقه های چوبی درختان با قطر 1 سانتی متر به عنوان کمربند سبز شبیه سازی شده در معرض هجوم امواج شکنا با ارتفاع های متفاوت قرار گرفتند. روش اندازه گیری بر مبنای جذب مومنتم است و نیروی موج وارد شده بر قسمت متحرک فلوم با طولی معادل یک متر که در بخش میانی فلوم قرار گرفته با استفاده از روش اندازه گیری مستقیم و توسط حسگر بار دینامیکی اندازه گیری شد. آزمایش ها با آرایش موازی 10×10 در شیب ثابت صفر، یازده ارتفاع موانع از 10 تا 30 سانتی متر و ده ارتفاع متفاوت موج بررسی شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان داد در تولید امواج با ویژگی های یکسان، هنگامی که موانع از حالت غیراستغراق به حالت استغراق تغییر یابند، نیروی جذب شده موج بسیار کاهش می یابد. بیشترین کاهش مشاهده شده، معادل 63/41 درصد، هنگامی است که موانع به یک سوم ارتفاع اولیه خود (از ارتفاع 30 سانتی متر در حالت غیرمستغرق به 10 سانتی متر در حالت مستغرق) می رسند و ارتفاع موج 13 سانتی متر است.
کلید واژگان: کمربند سبز, میرایی امواج شکنا, نسبت استغراق, نیروی جذب شده موج}IntroductionForests as Green Belt reduce the height and energy of waves passing through them, reducing their ability to erode sediments and to cause damage to structures such as dikes and sea walls, (Mclvor and et all.,2012). It is well-accepted that wave attenuation by emergent and submerged vegetation is a function of plant characteristics as well as hydrodynamic conditions, (Augustin et al., 2009). (Hirashi and Harada, 2003) showed that the pressure difference on the sides of the green belt is mainly due to drag resistance. this study a new and unique method based on the principle of momentum and direct force measurement has been used to measure wave energy decay simulated by the Green Belt.Most previous studies have been conducted to analyze the wave forces on emergent structures and obstacles. Relative submergence is considered to be the relative roughness of trees and is a factor influencing the resistance of the forest to the passage of waves, (Davoudi et al., 2016). So the resistance of the canopies in the submerged state is one of the important factors in wave damping. Also, in previous studies, variable still water depth has been considered to create different ratios of submergence, which will change the characteristics of the wave. Therefore, in the present study, decided that the resistance of the canopy against broken waves in the submerged state would be determined by changing the height of the obstacles, which will be examined in this study (Figure 1).Figure 1-- Schematic view of the Rigid vegetation with different relative depth of submergence
MethodologyExperiments were conducted in the Hydraulic Modeling Laboratory of the Faculty of Water Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, in a 8.3×0.8×0.55 rectangular flume called Knife Edge Flume. Flume has Plexiglas sidewalls and bed and designed to measure the force exerted by the wave force on the barriers at its shore by means of a dynamic load cell installed between the movable and fixed parts of the flume. At the beginning of the experiments, wooden circular cylinders with 1 cm in diameter, fixed parallel arrangement were placed in the moving part of the flume with constant slope of zero. By changing the height of obstacles and generating breaking waves with constant height the absorption force by the canopies was monitored via an electrical display connected to the dynamic load cell.
Results and DiscussionThe submerged ratio of tree canopies is equal to height of inundation depth to height of trees. Therefore, in the submerged state, the ratio is greater than one, and in the emergent state it is less than one. What is important in this study is that different ratios of immersion with different heights of barriers have been created.
Keywords: Green Belt, submerged ratio, wave absorption force, wave attenuation} -
سطح ویژه (SSA) در تعامل یون ها و مولکول های آب با ذرات خاک حایز اهمیت است؛ این مولفه برای توصیف پدیده هایی مانند ظرفیت نگهداری آب، جذب سموم و آلاینده ها، انتقال آلودگی، هدایت هیدرولیکی و... به کار می رود. بنابراین سطح ویژه به عنوان نمایه ای از رفتار خاک تلقی می شود. اندازه گیری این مولفه وقت گیر و هزینه بر بوده و تخمین آن توسط متغیرهای که به سهولت در خاک اندازه گیری می شود ارجحیت دارد. هدف این تحقیق ارایه توابع انتقالی جهت برآورد SSA انواع خاک با بافت سبک و سنگین و فاقد کانی های تورم پذیر رسی به کمک درصد ذرات تشکیل دهنده می باشد. در این راستا دو رابطه انتقالی ارایه شد؛ رابطه اول به صورت تابعی غیر خطی از درصد رس و انحراف استاندارد هندسی قطر ذرات (gσ) و رابطه دوم تابعی نمایی از شیب خط رگرسیونی منحنی لگاریتم طبیعی دانه بندی می باشد. صحت سنجی روابط به دست آمده نشان داد هر دو تابع انتقالی با دقت تقریبا مساوی سطح مخصوص را دقیق تر از توابع ارایه شده توسطSepaskhah و همکاران (2010) و Sepaskhah و Tafteh (2013) تخمین می زند.
کلید واژگان: تابع انتقالی, سطح ویژه, شیب خط رگرسیونی, منحنی دانه بندی}Journal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:50 Issue: 3, 2021, PP 1 -8The term “Specific Surface Area” (SSA) refers to the area per unit weight of soil. SSA is a fundamental soil property that can be used as an indicator of soil behavior (Utkaeva, 2007) to explain many of the physical and chemical phenomena of the soil: including fertility-determining components (such as the water holding capacity, the adsorption of plant nutrients, and the amount of organic matter) (Voronin, 1975). Measurement of specific surface area is time-consuming and relatively expensive; therefore, its estimation by routinely measured soil variables is preferred. In the present paper two pedotransfer functions for estimating of total SSA (including external and internal specific surface area) was presented, one a multivariate pedotransfer function based on the standard deviation of the diameter of soil particles and clay percent and second an exponential pedotransfer function based on slope of linear regression equation of logarithmic PSD Curve.
Keywords: Pedotransfer function, PSD curve, Slope of linear regression, Specific surface area} -
سازه جت هیدرولیکی غیرهمفاز از جمله سازه های حفاظتی جدید پیشنهاد شده جهت کنترل فرسایش در قوس بیرونی رودخانه هاست. در این روش یک لوله منفذدار در امتداد قوس روی بستر قرار گرفته که دبی هوا از دو انتهای آن به درون جریان اصلی تزریق می شود. براساس مطالعات گذشته پارامترهای زیادی بر بازدهی این سازه می توانند موثر باشند که موضوع مورد مطالعه در این تحقیق است. در این مطالعه به بررسی مورفولوژی بستر و الگوی جریان در یک کانال قوسی 90 درجه با نسبت شعاع به عرض 4 که در محدوده قوس های ملایم می باشد، تحت تاثیر 4 عدد فرود (37/0، 41/، 45/0 و 47/0) پرداخته شده است. نتایج نشان دادند با نصب سازه جت غیر همفاز ماکزیمم آبشستگی موجود در قوس بیرونی به میانه فلوم منتقل شده است. از طرفی با کاهش فاصله لوله متخلخل از قوس بیرونی در فواصل صفر، 25/6 و20درصد از قوس بیرونی، مقدار آن کاهش و به ترتیب مقدار آن 9/87، 5/54 و 15/15 درصد کاهش یافت. همچنین حضور سازه در قوس بیرونی با ایجاد جریان ثانویه، منطقه ماکزیمم سرعت را در مقاطع 45 و 70 درجه به ترتیب 4/53 و 82 درصد از قوس خارجی دور نموده است.
کلید واژگان: قوس رودخانه, جت هیدرولیکی غیرهمفاز, آبشستگی, رسوبگذاری, جریان ثانویه}Some events such as scour and deposition in rivers may endanger the stability of the outer bank’s bend and reduce the navigable width of them. So far, different techniques have been developed to control this phenomena such as bottom vanes, submerged groynes, bandal-like structures. In the present study, the influences of non-phase hydraulic jet usage on bed scouring and deposition in a 90 bend has been investigated experimentally. Experiments were conducted in a experimental channel to measure the variations of bed topography under a clear water condition. The90 bend is connected to an upstream straight reach 5 m long and a downstream straight reach 3 m long. The channel was rectangular having 70c m width and 280cm radius of bend to centerline. (R/B=4; where R=radius and B=flume width). Four Froude number values including 0.37, 0.41, 0.45 and 0.47 with a constant flow depth of 11cm under clear water condition were used for each test. Bed topography was measured with a laser meter and contour lines were plotted with the Tec plot360software. The scour geometry in a bend depends on channel geometry (channel width, channel , radius and bed slope), flow conditions (depth and discharge or velocity), non-phase hydraulic jet characteristics (length, angle with bank, location in bend), sediment properties (specific gravity, grain size), and fluid parameters (density and viscosity). Therefore, by Using the Buckingham theory and after eliminated the parameters with constant values, the important parameters were q/Q, D/h , Fr and α.Three-dimensional (3D) velocity components were measured using the electromagnetic velocity meter JFE ALEC model ACM3-RS in tests with and without an installed non-phase hydraulic jet. The sampling rate was 20 Hz and time of sampling was 60 seconds. So the minimum 1200 data were collected for each point and their mean was used for determine the 3D flow pattern. The results showed that with installing non-phase hydraulic jet, the maximum scour depth is reduced as much as 77%, 82.7% for Froude numbers equal to 0.37 and 0.41, respectively. It was also found that generally the scour depth occurs away from the outer bank and it was shifted toward the middle parts of the section in the main experiments, which can positively result in the increase in the navigable width and also sediment deposition was observed at the outer bank in some experiment. The results show that non-phase hydraulic jet significantly modified bed topography and reduced the maximum scour depth in outer bank. In this paper to evaluate the effect of space between porous tube and outer bank , three different space (D=0,2.5 and 8 cm) were used. It was found that by decreasing the space between outer bank and porous tube the amount of scour decreases and the maximum scour depth reduced as much as 87.9%, 54.5% and 15.15% for space equal to 0, 2.5 and 8 cm, respectively and it is most efficient when it placed on outer bank. Maximum scour was usually saw near the outer bank, and attributed to the maximum stream wise velocities that occur near the toe of the bank , also the analysis of data have shown that the presence of non-phase hydraulic jet caused uniformity in the velocity distribution at upstream and the high velocity zone moved toward the center of the channel and inner wall. The installing a non-phase hydraulic jet on the outer bank of bend, by its rising velocities, generated a secondary flow that rotates in the sense opposite to the curvature-induced secondary flow. The jet-induced secondary flow cell causes an inwards shift of the cores of maximum streamwise velocity and maximum vertical velocity impinging on the bed, that both of them play an important role in the cour in the outer bank.
Keywords: river bend, non-phase hydraulic jet, scour, sedimentation, secondry flow} -
برخلاف سرریزهای معمولی نفوذ ناپذیر، مواد فیزیکی و شیمیایی از درون سرریزهای گابیونی به پایین دست عبور می کنند. بنابراین سرریزهای گابیونی سازه هایی با حداقل اثرات منفی بر محیط زیست بوده و به سازه های دوست دار محیط زیست معروف هستند. در این تحقیق تاثیر اندازه مصالح، شیب بالادست و شیب پایین دست بر فاکتور کاهش دبی جریان در سرریزهای گابیونی با شرایط جریان مستغرق بررسی شد. در ابتدا پس از شناسایی پارامترهای موثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شده است. برایانجام آزمایش ها 16 مدل مختلف سرریز گابیونی در یک فلوم آزمایشگاهی افقی به طول، عرض و ارتفاع به تر تیب برابر 15، 3/0 و 5/0 متر مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش ها برای دامنه وسیعی از دبی،عمق بالادست،عمق پایین دست، اندازه مصالح، شیب بالادست و شیبپایین دست انجام شد. نتایج نشان داد در تمامی مدل های گابیونی با افزایش نسبت عمق پایین دست به عمق بالادست سرریز (Y2/Y1) فاکتور کاهش دبی، کاهش می یابد. به ازایمقدار ثابت نسبت (Y2/Y1)، افزایش شیب بالادست و یا پایین دست سرریز لبه پهن گابیونی، فاکتور کاهش دبی رو به افزایش می گذارد. هم چنین اندازه مصالح تاثیر معنی داری بر فاکتور کاهش دبی ندارد. در این تحقیق با استفاده از رگرسیون غیر خطی رابطه ای با ضریب تعیین بین 12/0 تا 91/0 جهت محاسبه میزان فاکتور کاهش دبی ارایه شده است.
کلید واژگان: عمق آب بالادست, آستانه استغراق, نسبت استغراق, فاکتور کاهش دبی, شیب سرریز, مصالح گابیون}Embankment weirs are finite crested weirs with various side slopes that can be used for different purposes such as flow measurement and diversion, water level management, aeration or water purification, etc. The hydraulic performance and the characteristics of flow over solid weirs with finite crest length in free and submerged flow conditions have been of interest to many studies (Azimi and David. 2013). Unlike the impermeable weirs, porous weirs contribute to the water purification in the rivers and channels downstream of the structures. Hence, they are structures with positive impact on water treatment. Sargison and Percy (2009) studied the performance of BC weirs with side slopes varying between vertical positions to 1V:2H. Results indicated that by decreasing the slope of upstream face, the discharge coefficient increases and the height of the upstream water surface reduces. Although the characteristics of flow over porous weirs have been studied until now, there are still remaining facts to discover about performance of these kinds of structures in practice. Hence, this study has benefited from extensive experimental data obtained by laboratory tests to develop formulas to estimate hydraulic parameters for discharge reduction factor in the submerged flow conditions. This study investigates the hydraulic performance of flow over the porous embankment (PE) weirs for both free and submerged flow conditions. To do this, the hydraulic behavior of flow over 16 different PE weir models was examined in a rectangular flume. Results showed that the effect of the upstream slope of weirs is negligible on the modular limit index while the downstream slopes of weirs did not affect the free flow parameters. Also, both up- and downstream side slopes have no significant effect on the characteristics of the submerged flow.
Keywords: Porous embankment weir, submerged flow, Modular limit} -
سرریزها از سازه های هیدرولیکی مهم برای کنترل جریان، تنظیم سطح آب و اندازه گیری دبی جریان در کانال های آبیاری هستند. مزیت سرریزهای شیب دار به واسطه وجود شیب بالادست آن است که از به وجود آمدن منطقه سکون آب در بالادست جلوگیری می کند. سرریزها با تسهیل در عبور ذرات رسوب می توانند استغراق زیادی را تحمل کنند. هدف از این تحقیق بررسی شرایط جریان آزاد و مستغرق و ارایه روابطی برای محاسبه ضریب دبی این نوع سرریزها و مقایسه این نوع سرریزها با سرریز لبه پهن مستطیلی است. برای این منظور، سه مدل سرریز شیب دار با شیب بالادست، شیب پایین دست و شیب ترکیبی بالادست و پایین دست و یک مدل سرریز لبه پهن مستطیلی در دامنه ای وسیع از دبی ها (3 تا 30 لیتر بر ثانیه با گام های 3 لیتر بر ثانیه) در یک فلوم آزمایشی به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 15، 0.3 و 0.5 متر بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان داد با افزایش نسبت هد کل جریان روی سرریز به عرض قاعده سرریز از 0.2 تا 1، ضریب انتقال دبی سرریزهای شیب دار از 0.37 به 0.56 افزایش می یابد و ضریب انتقال دبی سرریز لبه پهن مستطیلی از 0.55 به 0.41 کاهش می یابد و بیشترین ضریب انتقال دبی مربوط به مدل سرریز با شیب ترکیبی بالادست و پایین دست و کمترین ضریب انتقال دبی مربوط به مدل سرریز با شیب بالادست است. نتایج تحقیق همچنین نشان داد سرریز لبه پهن حساسیت کمتری به تغییرات نسبت هد کل جریان روی سرریز به عرض قاعده سرریز دارد. دو رابطه نیز برای محاسبه ضریب های انتقال دبی در شرایط جریان آزاد و مستغرق در سرریزهای شیب دار ارایه شده است. ضریب تبیین و جذر میانگین مربعات خطا به ترتیب برای شرایط جریان آزاد 0.90 و 0.017 و برای شرایط جریان مستغرق به ترتیب 0.91 و 0.040 به دست آمد.
کلید واژگان: پروفیل سطح آب, ضریب انتقال دبی, نسبت ارتفاع به عرض سرریز}IntroductionAny structure that is in the flow path and establishes a simple, specific and definite flow relationship and depth around it is called a flow controller. Weirs are structures that raise the water level behind them and create control sections and are simple means of measuring discharge. Bazin & Schwalt (1898) were the first to conduct experiments on rectangular broad crested weirs. Since then, many researchers have done a great deal of research on a variety of weirs. Among them we can mention: Woodburn (1932), Tracy(1957), Smith(1959), Abou-seida & Quraishi (1976), Hager&Schwalt (1994), Sargison & Percy (2009),….Due to the importance of flow measurement in open channels, the purpose of this study was to investigate the hydraulic performance of inclined weir, to determine the discharge conveyancecoefficient in this kind of structures in free and submerged flow condition, and to provide relationships to predict the discharge conveyancecoefficient.
MethodologyBased on Equation 1, we can determine the weir discharge. In this equation Q is the discharge (m3 / s), Cd is the discharge coefficient (no dimension), B is the weir length (m), g is the acceleration (m / s2), and H is the height of the water over the weir (m).Also rewrite from the equation 1 to form 2 by defining it as the discharge conveyancecoefficient (Mohamed, 2010):In this study, the equation 2 is based on the calculation of the discharge throughput on weirs. The following two equations for free and submerged flow are presented using dimensional analysis.The experiments were conducted in a plexiglass flume (Fig. 1) made of the British ArmField Company with a length of 15 m, a width of 30 cm and a height of 50 cm. A total of 60 experiments (30 free-flow and 30 submerged-flow experiments) were performed on the inclined weir.
Results and DiscussionA) Free flow condition
In this series of experiments, with increasing H/Lw ratio, the discharge conveynce coefficient of all three sloping weirs increased, but the coefficient of conveynce discharge of rectangular broad crested weir decreased (Fig. 1). This figure shows that among inclined weirs are most sensitive to H/Lw changes.Also comparison of the inclined weir with the rectangular broad crested weir indicates that the rectangular broad crested weir later is less sensitive to H/Lw. Equation 5 was derived to calculate the discharge conveyancecoefficient (Cf) in inclined weirs under free-flow conditions. B) Submerged flow conditionMultiple regression was used to investigate the interaction of the extracted dimensionless parameters on the discharge conveyancecoefficient and to provide a mathematical relation to predict these values. Equation 6 was derived to calculate the Cs coefficient in inclined weirs under submerged flow conditions. Figure 2 shows the computational and observational Cf, Cs in free and submerged flow conditions. The scattering of these points relative to the 45 ° line shows that the correlation coefficient of the experimental and computational values for free and submerged flow are equal to 0.9 and 0.91 respectively.ConclusionsThe results show that:- Increasing in H/Lw ratio leads increases in discharge conveyance coefficient of all three sloping weirs and decreases in rectangular broad crested weir. - For a constant value of the H/Lw ratio, the highest discharge coefficient is related to the upstream and downstream slope weir model (SCW-UD-1) and the lowest discharge coefficient is to the upstream slope weir model (SCW-U-1).-The upstream and downstream slope weir are most sensitive to H/Lw changes and rectangular broad crested weir is less sensitive to changes in H/Lw ratio. - As the H/p < /em> ratio increases, the discharge conveyance coefficient of all three sloping weir models increases.
Keywords: Discharge conveyance coefficient, Height to width weir ratio, Water Surface Profile} -
پیش بینی دقیق توزیع تنش برشی مرزی در کانالهای روباز در بسیاری از مسائل مهندسی نظیر طراحی کانال های پایدار، محاسبات مربوط به افت انرژی و رسوب گذاری در کانال ها حائز اهمیت می باشد. مطالعه های حاضر به بررسی چگونگی توزیع تنش برشی در کانال های نیم سهموی به دو روش انرژی و مومنتم و تغییرات آن در شرایط مختلف هیدرولیکی پرداخته است. برای تعیین تغییرات تنش برشی موضعی به روش انرژی از لوله پرستون با قطر خارجی چهار میلی متر مجهز به سلول های حساس به فشار دینامیک استفاده گردید. برای تبدیل فشار قرائت شده به تنش برشی از منحنی کالیبراسیون پتل استفاده شد. برای اندازه گیری مستقیم تنش برشی کل به روش مومنتم از روش فلوم لبه چاقویی استفاده شد. در نهایت روابطی برای تخمین تنش برشی در جدارهای صاف و زبر در کانال های نیم سهموی ارائه گردید. نتایج نشان دهنده این موضوع می باشد که تنش برشی جداره کانال در شرایط بستر صاف و زبر به ترتیب به طور متوسط 7/3 درصد و 6/4 درصد بیش از تنش بستر می باشد. هم چنین اندازه گیری تنش برشی جداره و بستر به روش مومنتم در شرایط جداره صاف و زبر به طور متوسط مقادیر تنش برشی را 7/2 درصد و 85/5 درصد بیش از روش انرژی نشان می دهد.
کلید واژگان: کانالهای روباز, لوله پرستون, روش مومنتم}Due to problems with on-site irrigation channels, such as occupying a high level of the land, a lack of suitable loan materials, and the possibility of dealing with multiple complications, the use of prefabricated channels is one of the most competitive options available for the existing channels. From the theoretical point of view, the most effective hydraulic cross-section for the coated channels in which smooth water flows is the semicircular section. Nevertheless, in terms of implementation, the use of the semicircular cross-section is generally limited to the reinforced concrete channel. One of the important issues in outdoor hydraulic engineering is having sufficient knowledge about the amount of hydraulic resistance against the flow. The estimation of hydraulic resistance of the flow in open channels has always faced a serious challenge because of the presence of secondary currents and the vortex viscosity. The determination of the contribution of flow pipes in the bed and wall is faced with errors due to the effects of the walls on the maximum velocity position. Accurate prediction of boundary shear stress distributions in the open-channel flow is crucial in many engineering problems, such as channel design, the balance of energy, and sedimentation. Determining the exact bed and wall shear stress is important from a theoretic and applied point of view, for example, its role in scour and sedimentation studies and designing shield conservations.
Keywords: Shear Stress, Semi-parabolic Channel, Preston Tube, Momentum Method} -
لوله های پلیمری به طور گسترده ای در سامانه های آبی تحت فشار استفاده می شوند. باید در طراحی و همچنین تفسیر سیگنال برداشت شده از ضربه قوچ برای اهداف تشخیصی، رفتار ویسکوالاستیک لوله های پلی اتیلنی را در نظر گرفت. هدف از مقاله ی حاضر نشت یابی، مقایسه ی آزمایشگاهی و نظری سرعت موج فشاری و اضافه فشار جریان گذرا در لوله های انتقال پلی اتیلنی در عدد رینولدزهای متفاوت می باشد. برای رسیدن به اهداف این مقاله مدلی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده ی مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز ساخته شد و چندین آزمایش ضربه قوچ در دو حالت مدل بدون نشت و مدل با حضور نشت بر روی آن انجام گرفت. دقت نشت یابی در این مدل با افزایش عدد رینولدز افزایش یافت به طوری که بیشترین و کمترین درصد خطای نسبی مکان نشت محاسباتی و آزمایشگاهی 8/48 و 02/2 درصد به ترتیب برای آزمایش های با اعداد رینولدز 1283 و 12974 در قطر نشت 5 میلی متر بدست آمد. همچنین این تحقیق عدم دقت مناسب رابطه های تیوری سرعت موج فشاری و اضافه فشار را در لوله های انتقال پلی اتیلنی نشان می دهد، بطوری که سرعت موج فشاری بدست آمده از رابطه های تیوری کمتر از مقدار واقعی آن می باشد، همچنین درصد خطای نسبی میزان اضافه فشار در آزمایش های دارای نشت با افزایش عدد رینولدز بین مقدار آزمایشگاهی و تیوری افزایش می یابد.
کلید واژگان: جریان گذرا, ویسکوالاستیک, سرعت موج فشاری, عدد رینولدز, اضافه فشار}Polyethylene pipes are widely used in pressurized water systems. In the design and interpretation of the ram-trapped signal for diagnostic purposes, viscoelastic behavior of polyethylene tubes should be taken into account.The aim of this study is to detect leakage, and experimental and theoretical comparison of pressure wave velocity and over pressure of transient flow in polyethylene pipes with different Reynolds number. To achieve the objectives of this paper, a physical model was developed in laboratory of the Faculty of Water Sciences Engineering of Shahid Chamran University of Ahwaz and developed two different models of control and a leakage system was and were conducted a number of water-hammer tests. The leakage accuracy in this model increased with increase of Reynolds number. The highest and the lowest percent of the relative error for computational and experimental leakage were estimated 48.8% and 2.02 through a leak hole of 5 mm for experiments with Reynolds numbers of 1282.76 and 12973.55, respectively. Also, this inaccurate study shows the relationship between the theory of compressive velocity and overpressure in the polyethylene transfer pipes, so that the compressive velocity obtained from theoretical relationships is less than its actual value, as well as the relative error of the overpressure in leakage experiments Increasing the Reynolds number increases between the amount of the laboratory and the theory.
Keywords: Transient Flow, Viscoelastic, Pressure wave velocity, Reynolds number, excess pressure} -
A normal way to dissipate energy of the dam released high velocity jets is to allow them to free-fall in to a plunge pool or impact a plane surface in case of dam site limitations. The water jets have an undisturbed core from nozzle outlet to a certain falling height, which has more impact force and less turbulent intensity than the developed part of the free jet. Experiments are conducted to determine core impact pressure coefficient of a vertical jet on smooth and rough plane surfaces. The experiment results for different jet diameters and falling heights showed considerable increase of the mean dynamic pressure coefficient with increase of the jet Froude number for both smooth surface and rough surface. A simple Froude based mathematical model is correlated for estimation of jet core impact force on the smooth and rough plane surfaces. In addition, a considerable increase of the jet core length was indicated with increase of the jet Froude number. Results also showed a strong correlation between turbulence intensity coefficient and the jet core length.Keywords: Breakup length, Falling height, Pressure coefficient, Turbulence Intensity, Vertical jet}
-
سرریزهای گابیونی به دلیل سازگاری با محیط زیست و تاثیر مستقیم بر پارامترهای کیفی رودخانه ها و از طرفی در دسترس بودن و سادگی اجرا و طراحی، طی سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. در این تحقیق پارامترهای هیدرولیکی سرریز گابیونی لبه پهن با شیب های جانبی در حالت جریان آزاد شامل ضریب دبی، پروفیل سطح آب و حجم دبی درون گذر از محیط متخلخل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته اند. در مجموع 21 مدل مختلف شامل 7 هندسه ی مختلف سرریز با سه تخلخل مختلف 43%، 44% و %46 و هرکدام در 6 تا 10 دبی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که افزایش قطر ذرات به افزایش همزمان دبی درون گذر، ضریب دبی جریان و در نتیجه افزایش افت منجر می شود. همچنین اینکه افزایش مساحت محیط متخلخل که در نتیجه ی تغییر زوایای خارجی بالادست و پایین دست سرریز از 60 تا 0 درجه هستند، باعث کاهش ضریب دبی و نیز دبی درون گذر خواهد شد. در انتها با استفاده از آنالیز رگرسیون غیر خطی چند متغیره روابطی تجربی برای محاسبه ضرایب دبی و دبی درون گذر از این سرریزها ارائه شده است.کلید واژگان: جریان روگذر و درون گذر, ضریب دبی, سرریز لبه پهن گابیونی, شبیه سازی عددی, جریان آزاد}During the recent years, Gabion weirs have been taken into consideration due to their compatibility with the environment, positive effect on river’s water quality and their simple design and implementation. In this research, the Hydraulic parameters of flow around broad crested gabion weirs (BCGW) with various side slopes are investigated. Overall, a number of 21models comprising 7 various geometries each with 3 different porosities including (43%, 44% , 46%) and in 10 to 6 different discharges were simulated and studied. Results indicated that the discharge coefficient (Cd), through flow discharge and energy dissipation increased by increasing the average diameter of particles. In addition, Increasing the area of the porous media by changing side angles from 0ᵒ to 60ᵒ reduces the dischrge coefficient and through flow discharge. At final stage, experimental equations are presented using Nonlinear Multivariable regression analysis in order to calculate the discharge coefficient and through flow discharge of these structures.Keywords: Broad-crested gabion weir, numerical simulation, Through, over flow discharge, Discharge Coefficient, free flow}
-
Stilling basins are the most common structures for energy dissipation downstream of spillways. A properly designed stilling basin can ensure 6070% dissipation of energy in the basin. The purpose of this study is to evaluate the performance of perforated end sill and effect of the sill on characteristics of hydraulic jump. The perforated sills with different heights and four ratios of opening 12, 25, 50 and 75% were tested for three tail water depths. Results of experiments confirmed significant effect of the perforated sill on dissipation of energy, reduction of the basin length and reducing dependence of jump location on tail water depth. Based on experimental observation, in a constant Froude number, decreasing of the tail water depth causes the hydraulic jump to move forward toward the end of the basin. In this case, to control the jump and to avoid the hydraulic jump being swept out of the basin, sill distance is decreased. Also, observation showed the sill height needs to be increased as inflow Froude number increases and tail water decreases. In the other words, relative sill height increases up to 30% as tail water depth ratio decreases from 1 to 0.8. Furthermore, the results showed that sills with the 50% opening in comparison with other openings have most effective in energy dissipation and reduction of the hydraulic jump length. The comparison of stilling basin with perforated sill and free jump indicated that the sill with perforation ratio of 50% dissipated 6090% of water energy in inflow Froude number range of 4.5-12. Moreover, once Froude number increases from 4.5 to 12, stilling basin length increases about 19% for this perforated sill in the tail water depth ratio of 1.Keywords: Sill height, Energy dissipation, Length of basin, Tail water, Sill position}
-
حوضچه های استغراق به منظور استهلاک انرژی اضافی در پایین دست سرریزهای ریزشی سدها ساخته می شود. سرعت جریان در اثر برخورد جت آب به بستر حوضچه به فشار دینامیکی تبدیل می شود. هدف تحقیق حاضر، بررسی فشار ناشی از برخورد یک جت قائم به بستر حوضچه استغراق می باشد. از این رو، آزمایش ها برای چهار دبی مختلف (متناسب با قطر نازل بین 6 تا 5/27 لیتر بر ثانیه متغیر بوده) در سه قطر نازل متفاوت 3/4، 2/5 و 2/8 سانتی متر برای چهار ارتفاع ریزش 37، 60، 90 و 120 سانتی متر انجام شده است. همچنین آزمایش ها برای سطوح صاف و زبر در شرایط هیدرولیکی یکسان انجام و نتایج آن هابا یکدیگر مقایسه شده است. مقادیر فشار دینامیکی توسط یک ترانسدیوسر فشار اندازه گیری شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که افزایش قطر نازل جت موجب کاهش ضریب فشار دینامیکی می شود. همچنین نتایج نشان دهنده یک افزایش در مقدار فشار دینامیکی به دلیل وجود زبری در صفحه برخورد است. بعلاوه، تغییرات عدد فرود جت جریان و ارتفاع ریزش تاثیر بسزایی بر روی فشار دینامیکی دارد. مقدار بیشینه فشار دینامیکی در مرکز صفحه تماس بوده و با دور شده از مرکز صفحه، مقدار آن به تدریج کاهش می یابد.کلید واژگان: جت ریزشی, حوضچه استغراق, سرریز سد, سطح زبر, عدد فرود}Plunging pools are constructed at the downstream of dam spillways to dissipate the excess energy. The turbulent flow velocity converts to the dynamic pressure due to impact of flow with the pools bed. The aim of this research is to determine impact pressure of a vertical jet on plunging pool bed. Hence, the experiments were carried out in four different discharges (ranging from 6 to 27.5 lit/s according to the nozzle diameters), three jet diameters including 4.3, 5.2 and 8.2 cm and four falling heights of 37, 60, 90 and 120 cm. Also the experiments are conducted in similar flow conditions for smooth and rough surfaces, and results are compared. Dynamic pressures were measured with a pressure transducer. The analysis of data showed that increase of jet diameter causes decrement in the dynamic pressure coefficient. Results revealed an increase in dynamic pressures due to roughness of contacting surface. Moreover, variations of jet Froude number and fall length have significant effects on the dynamic pressure coefficient. The impact pressure was the highest in the surface center and was gradually reduced in outer zones.Keywords: dam spillway, falling jet, Froude number, plunging pool, rough surface}
-
جریان گذرا با کاهش آنی دبی جریان ناشی از بسته شدن سریع شیر یا از کار افتادن پمپ در شبکه های آبرسانی ایجاد می شود. جریان گذرا با ایجاد کردن موج های فشاری زیاد و کم، ممکن است به خطوط لوله آسیب برساند. مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی در مطالعات پیشین نشان می دهد که مدل های اصطکاک شبه ماندگار با فرض یکنواخت و یک بعدی بودن پروفیل سرعت، قادر به پیش بینی صحیح فرآیند اتلاف انرژی امواج فشاری نیستند. بنابراین، هدف از این تحقیق، بررسی پروفیل سرعت در مقطع انتهایی لوله برای رسیدن به درک صحیح از جریان گذرا می باشد. به علاوه، این پژوهش با استفاده از روش خطوط مشخصه، توانایی مدل های اصطکاک غیرماندگار بر پایه ای شتاب لحظه ای در پیش بینی نمودن تاریخچه فشاری حاصل از جریان گذرا را ارزیابی می کند. به منظور رسیدن به این اهداف، از یک خط لوله PVC با قطر داخلی 63 میلیمتر در دو طول مختلف 40 و 80 متر استفاده شده است. همچنین، یک شیر توپی برای ایجاد جریان گذرا در انتهای خط لوله نصب شده است. در مدت زمان عبور جریان گذرا از خط لوله، داده های پروفیل سرعت و نوسانات فشار دینامیکی توسط دستگاه سرعت سنج الکتروسونیک داپلر و ترانسدیوسرهای فشار جمع آوری می شدند. نتایج آزمایش ها نشان از وجود جریان برگشتی در پروفیل سرعت و گرادیان بزرگ سرعت در نزدیکی جدار لوله میباشد. به علاوه، نتایج نشان داد که مدل های تجربی با دو ضریب اصلاحی، تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی ایجاد می کند. ترم در مدل های اصطکاک غیرماندگار بر فاز زمانی امواج فشاری و ترم بر میزان افت امواج موثر می باشد. بعلاوه، ضریب ترم شتاب زمانی kt در محدوده 0037/0 تا 006/0 متغیر بوده درحالیکه مقدار ضریب ترم شتاب مکانی kx در محدوده 0325/0 تا 052/0 تغییر می کند.کلید واژگان: افت انرژی, امواج فشاری, پروفیل سرعت, ترم های شتاب}Transient flow is generated by an instantaneous reduction in flow rate due to rapid valve closure or pump failure in a water network. Transient flow creates high and low pressure waves that it may be to damage pipelines. Comparison of experimental and numerical results in previous studies revealed that quasi-steady models with assumption of uniform and 1D velocity profile could not correctly predict the damping process of the pressure waves. So¡ the aims of this study are investigation of velocity profile at the downstream end section of pipeline to give a correct understanding of transient flow dynamics. Also¡ this paper evaluates the ability of the instantaneous accelerationbased (IAB) unsteady friction models to estimate pressure history in transient flow using the method of characteristics. To achieve this goal¡ a pipeline¡ made of PVC¡ with a nominal diameter of 63 mm in the two different lengths of 40 m and 80 m was used. In addition¡ a ball valve at the downstream end was installed to create transient flow. The data of velocity distribution and dynamic pressure oscillation during these transient events were collected by Ultrasonic Doppler Velocimetry and Pressure transducers. Results of experiments indicate existence of inflection points in the base flow velocity profile and the large velocity gradient near the pipe wall. Furthermore¡ the results show that two-coefficient models produce a better match with the experimental measurements. The terms Vt and Vx in unsteady friction models affect the phase shift and the damping of transient pressure waves¡ respectively. Moreover¡ the coefficients of acceleration terms vary from 0.0037 to 0.006 for kt and from 0.0325 to 0.052 for kx.Keywords: Acceleration terms, Energy dissipation, Pressure waves, Velocity profile}
-
هجوم امواج به ساحل دریا عامل عمده تخریب سواحل بوده و خسارات جبران ناپذیر بسیاری را به بار می آورد. سیر تکامل حفاظت سواحل طی دوران مختلف تغییر از رویکردهای سازهای به تقویت بیولوژیکی سواحل بوده است. از جمله روش های نوین مقابله با خطرات ناشی از امواجی همچون سونامی، احداث جنگل های ساحلی می باشد. از این رو در این مطالعه امکان استفاده از کمربند سبز و همچنین اثر تراکم آن بر میزان تغییر نیروی امواج ناشکنا و ضریب درگ کمربند سبز با ارتفاع های متفاوت موج بررسی شده است. به همین منظور آزمایشات در فلومی بهطول 3/8 متر، عرض 8/0 متر و ارتفاع 55/0 متر که مدلهای ساحل با چهار شیب و چهار تراکم مختلف در آن تعبیه شده، با 110 ارتفاع موج ورودی و در دو تکرار انجام شده است. نتایج نشان میدهد که با افزایش ارتفاع موج ورودی نیروی اعمال شده بر روی پوشش افزایش می یابد. همچنین با افزایش تراکم پوشش گیاهی، نیروی مخرب موج کاهش بیشتری داشته به طوریکه در بیشینه حالت به طور متوسط 75 درصد کاهش در نیروی مخرب نسبتبه شرایط بدون پوشش مشاهده شد.کلید واژگان: امواج ناشکنا, تراکم پوشش گیاهی, سونامی, ضریب درگ, کمربند سبز}Wave attack is the main source of irreparable damages to the sea coast line. The coastal protection techniques are now improved from structural protection to biological ones. This includes plantation of trees and development of vegetation canopy (called green belt) along the shorelines and protection of coastal structures against the waves created by tsunami. For this¡ the application of green belt has been studied and effect of vegetation density and wave height on wave force is evaluated for waves in broken condition. Experiments were conducted in a flume with 8.3m length¡ 0.8m width¡ and 0.55m height. Experimental variables include four bed slopes¡ four vegetation densities¡ and 110 wave heights. The results show that absorption of wave force increase with increase of wave height and density of vegetation. At the highest vegetation density the wave force effect was reduced by about 75% compared to the case without vegetation.Keywords: Non, breaking wave, Tsunami, Drag coefficient, Vegetation density, Green belt}
-
سد تالوگ واقع در استان خوزستان، نقش مهمی در تولید برق و تامین آب منطقه دارد. مطالعات این سد در حال انجام است. بنابراین تولید سری های زمانی مصنوعی و برآورد صحیح دبی ورودی به این سد در سال های آتی نقش مهمی در برنامه ریزی منابع آب آن خواهد داشت. در این تحقیق با استفاده از آمار جریان برآوردشده رودخانه تالوگ در محل سد تالوگ، مدل سازی استوکستیک برای هردومنظور فوق صورت گرفته است.همچنین مدل های مختلف استوکستیک مانندمدل های اتورگرسیو (AR)، میانگین متحرک (MA) و اتورگرسیو میانگین متحرک (ARMA)به داده ها برازش داده شده اند. با توجه به معیارهای اطلاعاتی آکائیک و شوارز نتایج مدل سازی نشان می دهد که از میان مدل های مختلف استفاده شده روی داده های فوق، مدل (ARMA(2،3 کارایی بهتری داشته است. بنابراین با توجه به مدل انتخاب شده،پنج سری زمانی مصنوعی و همچنین پیش بینی سری زمانی برای آینده با استفاده از مدل مذکور انجام و نتایج آن در تحقیق حاضر ارائه شده است.
کلید واژگان: مدل سازی استوکستیک, سری های زمانی سالانه, دبی, سد تالوگ}Talog Dam located in Khuzestan province plays an important role in power generation and water supply of the region. Some studies are performed on this dam. These studies produce Artificial Time Series and accurate estimates of inflow to the dam which will have an important role in water resources planning in the future. In this study, using the statistics estimated Talog river at the dam site Talog, stochastic modeling was performed for both of them. Various stochastic models such as Autoregressive Model (AR), Moving Average (MA), and Autoregressive Moving Average (ARMA) were fitted to the data. According to the Akaike and Schwarz information criteria, the results of Modeling showed that ARMA model (2,3) was the best model in comparison with the other models. Therefore, according to the selected Model, five artificial time series and forecasting future time series for the model were performed the results of which are presented in the present study.Keywords: Stochastic Modeling, Annual Time Series, Discharge, Talog Dam} -
وجود جریان غیرماندگار در سیستم های آبرسانی تحت فشار امری اجتناب ناپذیر بوده که سیستم های انتقال را در معرض خطرات و آسیب های جدی نیز قرار می دهد. مسیر عبور مجرای جریان، خطوط انتقال را به سوی طرح لوله های سری واگرا و همگرا و وجود تبدیل های تدریجی و ناگهانی سوق می دهد. تغییر سطح مقطع، عامل ایجاد فشارهای منفی در مسیر، به ویژه در محدوده تغییرات قطر می شود. از این رو هدف اصلی این تحقیق بررسی تغییرات موج فشاری در مسیر خطوط لوله های سری واگرا و همگرا، به ویژه در محل تغییر قطر به صورت آزمایشگاهی است. آزمایش ها در حالت های مختلف باز شدن آهسته و سریع شیر انجام شد و نتایج نشان داد که در سیستم واگرا تغییر سرعت موج فشاری سبب شد که تغییرات فشار ناشی از باز شدن شیر پایین دست سیستم، در مقطع تغییر قطر، بیشتر از مقطع کنار شیر شود.
کلید واژگان: جریان میرای افزاینده, کاهش فشار, موج فشاری, لوله های سری}Creation of transient flow in closed conduit is a common phenomenon and also causes serious damage in water supply systems. Flow path leads the system to design of pipes in contraction and expansion series and also gradual and sudden changes in the cross-sections. These changes create negative pressures in pipes specially where pipe diameter changes. The main purpose of this study is experimental investigation of pressure-wave changes in pipes in contraction and expansion series specially where the diameter changes. Tests were carried out with different speeds of valve opening and the results showed that in pipes in contraction series، changes of pressure-wave speed due to pressure changes (that resulted from the opening of the valve at the downstream end of the piping system)، at the locations where the diameter changes was more than sections near the valve.Keywords: Transient Accelerating Flow, Head Loss, Pressure Wave, Pipes in Series} -
آبشستگی موضعی پایین دست حوضچه های آرامش پدیده ای است که به دلیل سرعت موضعی جریان بیش از حد آستانه حرکت سنگچین رخ می دهد. بر اثر این پدیده اختلاف ارتفاعی موضعی بین کف بتنی حوضچه و بستر رودخانه به وجود می آید. برای دستیابی به اندازه سنگچینی که بتواند در برابر جریان متلاطم خروجی از حوضچه پایدار بماند و مانع پیشرفت آبشستگی شود، از مدل هیدرولیکی سد نمرود استفاده شد. آزمایش ها با دبی های مختلف، اعماق پایاب و اختلاف ترازهای متفاوت بین کف بتنی حوضچه و بستر پایین دست اجرا شد. نتایج نشان می دهند با افزایش عمق بحرانی، قطر ذره سنگچینی که بتواند در برابر جریان خروجی از حوضچه مقاومت کند، افزایش می یابد. همچنین با اضافه شدن عمق فرسایش یافته و کاهش پایاب قطر، سنگچین بزرگتری لازم دارد. با استفاده از روابط و نمودارهای ارائه شده در این تحقیق، با داشتن دبی جریان و عمق پایاب می توان اندازه سنگچین پایدار را برای اختلاف ترازهای متفاوت بین کف حوضچه و بستر پایین دست تخمین زد.
Estimating riprap size to prevent scouring in downstream of stilling basins(Case study: Namrood Dam)Local scouring immediately downstream of stilling basin is unavoidable when a local velocity exceeds incipient motion. This phenomenon causes a difference in the level of basin concrete bed and natural river bed that is turn affects the rate of scouring. In this study hydraulic model of Namrood dam was used the experiments. Results of this study showed that the stable stone size increases with a reduction of tail water, promotion of critical depth and the level of degradation. Having discharge and tail water depth, the developed relationships in this study could be used to estimate the size of stable stone for any level of degradationKeywords: Scouring, Tail water, Riprap, Stilling basin, Incipient motion}
- این فهرست شامل مطالبی از ایشان است که در سایت مگیران نمایه شده و توسط نویسنده تایید شدهاست.
- مگیران تنها مقالات مجلات ایرانی عضو خود را نمایه میکند. بدیهی است مقالات منتشر شده نگارنده/پژوهشگر در مجلات خارجی، همایشها و مجلاتی که با مگیران همکاری ندارند در این فهرست نیامدهاست.
- اسامی نویسندگان همکار در صورت عضویت در مگیران و تایید مقالات نمایش داده می شود.