دکتر منوچهر فتحی مقدم
-
امروزه استفاده از مدل های هوشمند در شبیه سازی فرایند بارش رواناب کاربرد زیادی به ویژه در مدیریت منابع آب پیدا کرده است. در این مطالعه به منظور پیش بینی سری زمانی جریان روزانه در ایستگاه هیدرومتری مرغک، واقع در حوضه کارون، از مدل هوشمند شبکه عصبی مصنوعی تلفیق شده با آنالیز موجک استفاده شده است. برای این منظور، سری زمانی بارش مشاهده ای و بازتحلیلی ERA-INTRIM به مدت 16 سال (1382-1397) به وسیله ی تبدیل موجک به زیر سری های فرکانسی تجزیه شد، سپس این زیر سری ها هر کدام به طور جداگانه به عنوان داده های ورودی به مدل شبکه عصبی مصنوعی وارد گردید. نتایج به دست آمده حاکی از آن بود که داده های بازتحلیلی توانایی بالایی در شبیه سازی مدل های بارش رواناب دارند و می توانند جایگزین خوبی برای داده های مشاهده ای ایستگاه های بارش باشند. هم چنین مطابق نتایج روش تبدیل موجک می تواند بر بهبود عملکرد مدل ANN ساده برای حوضه بازفت در مقیاس روزانه برابر 38 درصد و در مقیاس ماهانه برابر 72 درصد موثر باشد.
کلید واژگان: تبدیل موجک, سری زمانی بارش, شبکه عصبی مصنوعی, ایستگاه مرغک, ERA-IntrimToday, the use of intelligent models in simulating runoff has been widely used in water resources management. In this study, in order to predict the daily flow time series of the Morghak hydrometric station in Karun basin, an intelligent model of artificial neural network combined with wavelet analysis has been used. For this purpose, the ERA-INTRIM observational and analytical precipitation time series for 16 years (1378-1382) was decomposed by wavelet transform into frequency subsets, then each subset separately as input data to the artificial neural network model was introduced. The results showed that the analytical data have a high ability to simulate runoff precipitation models and can be a good alternative to observation data of rainfall stations. Also, according to the results of the wavelet transform technique, it can be effective in improving the performance of the simple ANN model for the Bazoft basin by 38% on a daily scale and 72% on a monthly scale.
Keywords: Artificial Neural Network, ERA-Interim, Morghak Station, Precipitation Time-Series, Wavelet Transform -
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 مستغرقRivers 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
-
Physical properties of tree species determine their reaction to external loads as a result of water flow. The greater the trees ability to withstand water load, the greater the amount of water energy absorption, generation of water eddies, and the acceleration of turbulence in vegetation canopies. This will increase water flow energy lost. In general, physical properties of trees include leaf density, shape, and overall flexibility of their species. In this study, an index is proposed to characterize physical properties of tree species. This will enable the application of a single momentum (or energy) equation to determine overall reaction of variety of tree species in a community. The index is derived based on the resonance frequency of the first mode of vibration of trees and a fundamental relationship for the homogeneous beams. The derived indexes for four species of coniferous trees were used in a mathematical model to estimate the drag and energy coefficients as representatives for tree reaction to water flow, and could account for the differences due to the leaf density, shape, and rigidity of the tree species.Keywords: Friction Coefficient, Coniferous Tree, Mechanics Of Tree, Natural Frequency, Resistance To Flow
-
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, نشتBackground 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, ویسکوالاستیسیتهThe 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 هوادهیJournal 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 بحرانیMeasuring 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 هواHydraulic 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 یابیIntroduction 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 موجIntroductionForests 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 بندیJournal 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 ثانویهSome 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 گابیونEmbankment 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 سرریزIntroductionAny 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 -
به طور معمول سرریزها از جنس بتن و دارای بدنه نفوذناپذیر هستند، که سبب می شود فقط توانایی عبور جریان از روی تاج خود را دارا باشند. در این میان سرریزهای گابیونی با داشتن خصوصیاتی هم چون پایداری، نفوذپذیری و صرفه اقتصادی در شمار سازه های توصیه شده برای مطالعات آینده می باشند. در این تحقیق تاثیر اندازه مصالح، شیب بالادست و شیب پایین دست بر فاکتور کاهش دبی جریان در سرریزهای کرامپ گابیونی با شرایط جریان مستغرق بررسی شد. برای انجام آزمایش ها 8 مدل مختلف سرریز گابیونی و 3 مدل سرریز نفوذناپذیر در یک فلوم آزمایشگاهی افقی به طول، عرض و ارتفاع به ترتیب 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 شیب پایین 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 ازای نسبت Y2/Y1 ثابت، با افزایش شیب بالادست و یا پایین دست سرریز کرامپ گابیونی، فاکتور کاهش دبی، کاهش می یابد. همچنین اندازه مصالح تاثیر معنی داری بر فاکتور کاهش دبی ندارد. در این تحقیق با استفاده از رگرسیون غیرخطی رابطه ای با همبستگی بین 79/0 تا 96/0 جهت محاسبه میزان فاکتور کاهش دبی ارائه شده است.
کلید واژگان: جریان مستغرق, سرریز کرامپ, فاکتور کاهش دبی, گابیونWeirs are usually constructed by concrete and are impervious so that the water can only flow above the crest. In this between, Gabion weirs with instinctive characteristics including stability, conductivity and economic justification are strongly advised. In this study, the effects of material size, upstream and downstream slopes were investigated on the discharge reduction factor of gabion crump weirs under submerged flow conditions. For this purpose, 8 models of gabion weirs and 3 models impervious weirs constructed in a horizontal flume with 15m long, 0.3m wide and 0.5m deep. The tests were carried out for different variables, including discharge, upstream and downstream depths, material size and upstream and downstream slopes. The results showed that the flow reduction factor decreased as the ratio of the upstream depth to the downstream (Y2/Y1) increased. For a constant ratio of Y2/Y1, the flow reduction factor decreased when upstream or downstream slope increased. It was found that the material size has no significant effect on the flow reduction factor. Based on regression analysis, an empirical equation was developed for estimation of the flow reduction factor which its correlation coefficient variation was in the range of 0.79 to 0.96.
Keywords: Crump weir, Flow reduction factor, Gabion, Submerged flow -
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 مومنتمDue 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 فشارPolyethylene 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 -
جریان آب خروجی از روی سدها دارای انرژی بسیار زیادی می باشد که در صورت عدم اتلاف این انرژی، جریان آب عبوری می تواند خسارات جبران ناپذیری را به سد و سازه های پایین دست آن ایجاد نماید. یکی از راه های اتلاف این انرژی اضافی خروج آب به صورت جت های ریزشی به حوضچه های استغراق می باشد. جت های آب ریزشی تا فاصله ای خاص دارای هسته ای متراکم از ذرات آب می باشد که بخش عمده ای از فشار وارده به بستر و دیواره حوضچه ناشی از وجود همین هسته متراکم می باشد. اما پس از طی مسافتی در هوا هسته جت رفته رفته به دلیل نفوذ هوا از حاشیه جت و تلاطم کوچک شده و در نهایت شکسته شده و از بین می رود. در این تحقیق به بررسی اندازه طول شکست جت و پارامترهای موثر بر آن پرداخته شده است. با متوسط گیری از نتایج آزمایشات در قطرهای مختلف و ارتفاع ریزش های متفاوت می توان نشان داد که نسبت ارتفاع ریزش به طول شکست جت با افزایش متوسط 32 درصدی عدد فرود آزمایش اول به دوم، به طور میانگین 37 درصد کاهش، با افزایش میانگین 23 درصدی از عدد فرود آزمایش دوم به سوم، در حدود 15 درصد کاهش و در نهایت با افزایش 17 درصدی از عدد فرود آزمایش سوم به چهارم این نسبت 6 درصد افزایش می یابد. پس می توان نتیجه گرفت روند تغییرات طول شکست جت در برابر افزایش دبی(عدد فرود) ثابت نبوده و بعد از رسیدن به یک نقطه کمینه روندی افزایشی پیدا می کند. به علاوه مطابق با تجزیه تحلیل آماری مشخص گردید ضریب گسترش آشفتگی با طول شکست جت در سطح احتمال 01/0 معنی دار است.کلید واژگان: : ارتفاع ریزش, جت قائم, طول شکست جتThe flow from the dam is a tremendous amount of energy in the absence of energy dissipation, the flow through the irreversible damage to structures downstream of the dam. A one way of dissipating the excess energy is falling jet in the plunge pool. Flow jets in special distance have a dense core which formed of water particles. Much of the pressure on the bed and pool wall is caused by that dense core. After passing some distance, air Intrusion from border and flow turbulence causes to shrinking core and finally it will be vanished. This study examines the failure of the jet length and the parameters affecting it are discussed. Percent from the second to the third experiment the Froude number, approximately 15 % decrease and finally tests the third quarter increased 17 percent compared to 6 percent of the Froude number increases. So we can conclude that the changes failed to increase the jet flow (Froude number) is not constant after reaching a minimum point of the process increases. Further statistical analysis was determined according to the coefficient of expansion Jets in turmoil with the failure probability 0.1 is significant.Keywords: Fall Height, Vertical Jet, Break up Length
-
اندازه گیری دبی جریان در آبراهه های روباز همواره یکی از مهم ترین دغدغه های متخصصین حوزه آب بوده است. رویکردی که اخیرا به عنوان یک گزینه غیرتماسی برای اندازه گیری جریان در مجاری روباز موردتوجه قرارگرفته است استفاده از روش های سرعت سنجی مبتنی بر تصویربرداری از سطح جریان می باشد. ازجمله این روش ها گونه ای از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) موسوم به سرعت سنجی بزرگ مقیاس تصویری ذرات (LSPIV) است که به دلیل حذف ضرورت استفاده از لیزر طرفداران زیادی پیداکرده است. در این مطالعه برای اندازه گیری میدان دوبعدی سرعت بر روی سطح جریان فوق بحرانی روی شیب تند از LSPIV بهره گیری شد. بدین ترتیب که تعداد 24 آزمایش برای سه شیب مختلف (2، 6 و 10 درصد) و هشت مقدار مختلف نسبت ابعاد (7 تا 5/20) انجام و در هر آزمایش به مدت 60 ثانیه با فرکانس 125 فریم بر ثانیه تصویربرداری از سطح جریان صورت گرفت. از داده های سرعت حاصله برای محاسبه شاخص سرعت (VI) استفاده گردید. این شاخص برای تبدیل سرعت سطحی به سرعت متوسط مقطع و نهایتا اندازه گیری دبی جریان بکار می رود. تاثیر تغییرات نسبت ابعاد روی این شاخص مورد بررسی قرار گرفت. مقدار متوسط بدست آمده برای شاخص سرعت معادل 701/0 می باشد که با مقدار متداول 85/0 حدود 17 درصد اختلاف دارد. بعلاوه الگوهای سرعت متوسط زمانی سطح جریان برای حالات مختلف به صورت کمی مقایسه شد. با توجه به اینکه تاکنون شاخص سرعت غالبا برای شرایط زیربحرانی مطالعه شده است، نتایج این تحقیق می تواند برای اندازه گیری جریان های فوق بحرانی راهگشا باشد.کلید واژگان: LSPIV, شیب تند, شاخص سرعت, الگوی جریان, جریان فوق بحرانیMeasuring flow discharge in open waterways has always been one of the most important concerns for water experts. Flow surface image velocimetry method as a non-contact option has recently been widely utilized to measure discharge in open channels. One of these methods is a type of PIV method named LSPIV which has been paied more attention due to the elimination of laser application. In this study, LSPIV was used to measure 2D velocity field over the surface of a steep supercritical flow. Totally 24 experiments including three different slopes (2, 6 and 10 percent) and eight different dimension ratios (7 to 20.5) were conducted and in each experiment the flow surface was recorded with a frequency of 125 fps for 60 seconds. The Velocity Index was calculated bt the obtained velocity data. This index is used for convering the surface velocity to average velocity of the cross section and subsequently for determination of flow discharge. The effect of different dimention ratios on VI was investigated. The average value for VI was obtained to be 0.701 which is differ from the established value (0.85) by about 17%. Moreover, the flow surface time-averaged velocity patterns were quantitavely compared for different flow conditions. Since, the velocity index has been so far studied for subcritical conditions, the results of this study may be helpfull for measuring supercritical flows.Keywords: LSPIV, Steep Channels, Velocity Index (VI), Flow Pattern, Supercritical Flow
-
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
-
تخریب پل ها در اثر عوامل مختلفی چون بروز آبشستگی در تکیه گاه آن هر ساله خسارت های زیادی به بار می آورد. به همین دلیل روش های مختلفی برای کنترل این پدیده ارائه شده است. در این تحقیق از روش ترکیبی به کار گیری توام سنگچین و المان های شش پایه از نوع روش های مستقیم برای کنترل آبشستگی در تکیه گاه مستطیلی استفاده شده است. از دلایل مهم این روش در دسترس بودن و ارزان بودن سنگچین هم زمان با بکارگیری المان های شش پایه با آرایش باز با ایجاد ضریب زبری بالا به عنوان پوشش است. کارگذاری ترکیبی با سه آرایش، یک لایه سنگچین در زیر المان های شش پایه، یک ردیف المان های شش پایه در بین دو لایه سنگچین و یک لایه سنگچین در بالای المان های شش پایه انجام شد. این کارگذاری ها در سه عمق روی بستر، زیر بستر و در عمق نصف المان های شش پایه در زیر بستر صورت گرفت. همچنین سرعت نسبی جریان بین 0.65 تا 0.95 در نظر گرفته شد. نتایج آزمایش ها تاثیر قابل ملاحظه ای از ترکیب توام کارگذاری سنگچین و المان های شش پایه را نشان داد. به طوری که در اعداد فرود کمتر آرایش و حالتی که نصف المان ها روی بستر و سنگچین ها روی آن قرار داده شدند، توانست تا 97 درصد عمق آبشستگی راس تکیه گاه و در اعداد فرود بالاتر، آرایش و حالتی که المان های شش پایه در روی بستر و سنگچین ها در بین آن ها قرار گرفته شد توانست تا 89 درصد عمق آبشستگی راس تکیه گاه را کاهش دهد.کلید واژگان: حفاظت بستر, رودخانه, فرسایش, هیدرولیکDestruction of bridges caused by scour and other natural phenomenon brings about financial and life losses. Hence, researchers have been studied extensively the scour mechanism and methods of scour countermeasure. Usually scour at bridge occurs both around piers and abutments. Melville (1992)'s study showed that 70 percent of the failure of bridges in New Zealand was due to the abutment scour. Studies conducted on the failure of 383 bridges in the United States showed that in 25% of them the pier scour, and in 72% of them the damage was due to abutment scour (Kayatrak, 2005). The main cause of the abutment scour is due to complex flow vortices which developed around the abutment. Therefore, during the past decades many measures have been developed to protect the bed material against erosion. These techniques can be categorized in two types of covering methods and flow altering techniques. Design guidelines for some of these mitigation techniques can be found in Melville and Coleman (2000). For existing bridges the common practice is to use armoring materials around bridge abutment. Riprap, gabions, rectangular concrete blocks and tetrahedron frames concrete elements are the most effective material for covering and stabilizing the bed around the bridge abutments. In rivers with high flood discharge, the covering material are subject to high flow velocities and therefore large size of rocks have to be used. When the site construction is far away from mountain area or large sizes of the rocks are not available or too costly to transport, other material should be applied. In the present study, a new concrete element-six –legs concrete (SLC)- beside using of smaller size of rocks have been studied to find out the best combination for protecting bridge abutments against scour.Keywords: Scour, Bridge Abutments, SLC elements, Riprap
-
یکی از روش های نوین حفاظت از سواحل رودخانه های آبرفتی در محل قوس ها و بهبود شرایط کشتیرانی استفاده از سازه سیستم تزریق هوا است. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تاثیر این سازه بر توپوگرافی بستر و الگوی جریان در کانال قوسی 90 درجه ملایم پرداخته شده است. بدین منظور آزمایش هایی تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در اعداد فرود 37/0، 41/0، 45/0 و 47/0 و با 3 زاویه 0، 45 و 90 درجه و با 3 دبی تزریق هوا انجام شدند. نتایج نشان دادند وجود سازه در قوس موجب اصلاح الگوی مورفولوژی و توزیع سرعت شد به طوری که بیشینه عمق آبشستگی را 47% کاهش و آن را از قوس بیرونی دور نمود و بیشینه سرعت را از قوس بیرونی دور کرده و به میانه فلوم منتقل نمود، علاوه بر آن زاویه 90 درجه دارای کمترین و زاویه صفر درجه بیشترین آبشستگی را در قوس خارجی دارند. همچنین با افزایش دبی تزریق هوا عمق آبشستگی کاهش یافت.کلید واژگان: قوس رودخانه ها, آبشستگی, سیستم تزریق هوا, جریان ثانویه, الگوی جریانAn air-bubble screen is an innovative technique for riverbank protection along the bends which improve the navigation conditions in the alluvial rivers. In this research, the effects of this structure on a 90° mild and long bend on the bed morphology and flow pattern have been investigated. To this end, the experiments were carried out with three angles 0, 45, 90 degree and four Froude numbers of 0.37, 0.41, 0.45, 0.47 combined with three air discharge. Experiments performed in a mild bend using clearwater showed that the bubble screen was able to redistribute the velocity patterns and bed morphology in the bend. In addition, the results showed that maximum bend scouring is reduced about 47% andoccurs further away from the outer bank and high velocity zone shifted toward the center of the channel. The results showed that the maximum and minimum scour depths in outer bank with 0 and 90 degrees angles respectively. Also, by increase of air discharge ratio the maximum scour depth was decreased.Keywords: Rivers bend, Scour, Air -Boubble screen, Secondary flow, Flow Pattern
-
پژوهش حاضر به معرفی و مدل سازی اثرات ویسکوالاستیک در جریان های گذرا در لوله های پلیمری رایج در شبکه های آبرسانی می پردازد. خواص ویسکوالاستیک سبب بروز ترم های جدیدی در معادلات سازگاری حاکم بر جریان های گذرا می شود که مدل ها موجود فاقد آن هستند. بر این اساس معادلات سازگاری برای خواص ویسکوالاستیک بازنویسی شده و با به کارگیری روش خطوط مشخصه در ترکیب با تفاضل محدود تحلیل می شوند. به منظور واسنجی پارامترهای مجهول نظیر ضرایب افت و خزش و صحت سنجی مدل عددی توسعه یافته، یک مدل آزمایشگاهی از شبکه آبرسانی ویسکوالاستیک در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران ساخته شد. شبکه آزمایشگاهی از شش حلقه مربعی که هر حلقه به صورت یک مربع m3m X3 می باشد تشکیل شده است. لوله ها از نوع پلی اتیلن با قطر اسمی 50 میلی متر و ضخامت 5/5 میلی متر است. در مدت زمان عبور جریان گذرا از شبکه لوله، نوسانات فشار دینامیکی توسط ترانسدیوسرهای فشار جمع آوری می شدند. با به کارگیری روش تحلیل معکوس جریان گذرا و استفاده از روش الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مجهول مسئله شامل ضرایب افت ناماندگار و ضرایب ویسکوالاستیک برای شرایط مختلف محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد که مدل کلاسیک ضربه قوچ به هیچ عنوان قادر به شبیه سازی نوسانات فشار در لوله های پلی اتیلن نمی باشد. در واقع مدل سازی دو اثر دینامیکی افت ناماندگار و ویسکوالاستیک برای این لوله ها بسیار ضروری است. همچنین نتیجه گرفته می شود که اثرات ویسکوالاستیک نقش بسیار پررنگ و مهم تری نسبت به افت ناماندگار در شکل گیری سیگنال های ضربه قوچ بازی می کنند تا جایی که در نظر گرفتن آن به تنهایی می تواند به پاسخ های قابل قبولی دست یافت
کلید واژگان: افت غیرماندگار, تابع خزش, تحلیل معکوس, لوله پلی اتیلن, مدل کلوین-ویتThe present research deals with the introduction and simulation of viscoelastic effects in transient flows in polymeric pipes widely used in pipe network. The viscoelastic properties result in appearing newterms in transient flow governing equations which are generally absent in available models. In this study, the governing equations are rewritten and manipulated for considering the viscoelastic properties. The equations are then solved using the method ofcharacteristics coupled with the finite difference method. In order to calibrate the unknown parameters including the unsteady friction and creep coefficients as well as to verify the model, a model of viscoelastic pipe network was made at the hydraulics laboratory of Water Sciences Engineering department of Shahid Chamran University. The configuration of the experimental set-up consists of a pipe network with six square loops, having each loop 3m×3m. The pipes are made of PE with 50 mm nominal diameter and 5.5 mm of wall thickness. The data of dynamic pressure oscillation during these transient events were collected by Pressure transducers. Appling the inverse transient analysis method and with the aid of a genetic algorithm, the friction and creep coefficients of the experimental pipe are determined. The results show that the classical water hammer solver cannot accurately analyze the transient flows in polyethylene pipes. In fact, modeling both dynamic effects of unsteady friction losses and viscoelasticity for such pipes is quite necessary. However, it is also found that the viscoelasticity is obviously more effective than the unsteady friction effects in formation and attenuation of transient signals so that, considering onlyviscoelastic effects would result in acceptable responses.Keywords: Creep Function, Inverse Analyses, Kelvin-Voigt Model, Polyethylene Pipe, Unsteady friction -
رفتار ویسکوالاستیک لوله های پلیمری در مرحله طراحی و همچنین برای تحلیل سیگنال ضربه قوچ با اهداف تشخیصی، باید در نظر گرفته شود. تحقیق حاضر به معرفی و مدل سازی اثرات دینامیکی افت غیرماندگار و ویسکوالاستیک دیواره لوله های پلیمری رایج در کارهای آبرسانی، در جریان های گذرا می پردازد. بر این اساس معادلههای سازگاری بر اساس افت غیرماندگار و خواص ویسکوالاستیک دیواره لوله بازنویسی شده و با به کارگیری روش خطوط مشخصه در ترکیب با تفاضل محدود تحلیل می شوند. برای واسنجی پارامترهای مجهول نظیر ضرایب افت و خزش و صحت سنجی مدل عددی توسعه یافته، از داده های یک مدل آزمایشگاهی استفاده شد. با به کارگیری روش تحلیل معکوس جریان گذرا و استفاده از الگوریتم ژنتیک، پارامترهای مجهول مسئله محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد که مدل های کلاسیک ضربه قوچ قادر به شبیه سازی نوسانات فشار در لوله های پلیمری نمی باشند. همچنین اثرات ویسکوالاستیک نقش بسیار مهم تری نسبت به افت غیرماندگار در شکل گیری سیگنال های ضربه قوچ بازی می کنند، تاجایی که در نظر گرفتن آن به تنهایی می تواند به پاسخ های قابل قبولی منتج شود.
کلید واژگان: جریان گذرا, خطوط لوله ویسکوالاستیک, افت غیرماندگار, مدل عددی, حل معکوسPlastic pipes are widely used in pressurized water systems. The analysis of transient flow and estimation of maximum and minimum pressure wave propagation in pipeline and pipe networks is required for design and practice of piping systems, pumping stations, and dam water conveyance tunnels. The viscoelastic properties of the polyethylene pipes have significant effect on the estimation of pressure wave speed and attenuation in transient flow. The use of polymeric pipes such as polyethylene and polyvinyl chloride has recently increased due to their technical and economic advantages over steel and concrete pipes. Due to viscoelastic behavior, polymeric pipes have a significant impact on transient flows (Pezzinga, 2002). In a fast transient flow event like water hammer, viscoelastic properties of polymeric materials cause a residual stress in the pipe wall. These deformations will not return to their original state immediately after unloading (Covas, 2003). This viscoelastic behavior also affects the intensity, shape, and dampening of pressure oscillation in transient flows.
Covas (2003) developed a numerical model to simulate the viscoelastic behavior of the pipe wall in transient flow events. In this study, the results of a linear viscoelastic model were compared with experimental results in the presence and absence of unsteady friction loss. Soares et al., (2008) also considered transient flow in PVC pipes, and their results were in good agreement with those obtained by Ramos et al. (2004). Evangelista et al., (2015) studied water hammer phenomenon in a Y-shaped system both experimentally and numerically. According to their results, the linear viscoelastic model was able to simulate the water hammer phenomenon in this system.
The present research deals with the introduction and simulation of dynamic effects, including unsteady friction and pipe-wall viscoelastic in transient flows in polymeric pipes that widely used in water works. Accordingly, the governing equations are rewritten and manipulated for considering the unsteady friction and viscoelastic properties. The equations are then solved using the method of characteristics coupled with the finite difference method. Appling the inverse transient analysis method and with the aid of a genetic algorithm, the unknown parameters are determined. Steady state friction coefficients have to be estimated based on steady state data and other unknown parameters were calibrated based on the transient flow.Keywords: Transient flow, Viscoelastic pipeline, Unsteady friction, Numerical model, Invers solution
- 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.