پایان نامه کارشناسی ارشد بررسی رژیم جریان بر روی مدل فیزیکی- هیدرولیکی سرریز نیلوفری به همراه جداول و نمودار و عکس های تخصصی و فرمول های متعدد و فهرست منابع
فهرست مطالب
فصل اول
مقدمه 1
فصل دوم
مروری بر تحقیق های انجام شده 4
2- 1 روش های تئوریک و عددی 4
2-2 روش های آزمایشگاهی 5
2-2-1 زمردیان و باقری 5
2-2-2- زمردیان و شجاعیان 6
2-2-3 رانکین 7
2-2-4 کوئیک 7
2-2-5 جین 8
2-2-6 جین و ایلدیریم 10
فصل سوم:
بررسی هیدرولیکی
3-1 کلیات 12
3-2 مشخصات عمومی 13
3-3 دبی عبوری از روی تاج 15
3-4 شکل پروفیل تاج سرریز 18
3-5 ناحیه ورودی جریان 24
3-5 نحوه تشکیل گرداب 25
3-6 انواع گرداب 26
3-7 تاثیر شتاب کوریولیس بر گرداب 28
3-8 تاثیر پدیده گرداب بر آبگیری 31
3-9 اثرات مطلوب و نامطلوب تشکیل گرداب 33
3-10 روش های جلوگیری از تشکیل گرداب
3-12 کاویتاسیون
3-12-1 عوامل موثر در بروز پدیده خلأ زایی 35
3-12-2 اثر شیب در انحنا بستر در بروز پدیده خلازایی 36
3-12-3 پارامترهای کنترل کننده خلازایی 37
3-12-4 روش های پیشگیری و مقابله به خلازایی 39
3-12-4-1 روکش کردن سطح سرریز با فولاد 40
3-12-4-2 روکش کردن سطح سرریز با رزین اپوکسی 41
3-12-4-3 استفاده از بتن الیافی 41
3-12-4-4 سمباده زدن سطح سرریز 42
3-12-4-5 هوادهی کردن سرریز 43
فصل چهارم: مواد و روش ها
مقدمه
4-1- تجهیزات آزمایشگاهی 45
4-2- مراحل طراحی 46
4-3- مراحل ساخت سرریز 46
4-3-1- رسم الگو 46
4-3-2- ساخت سرریز مطابق الگو 49
4-4- مراحل نصب سرریز 51
فصل پنجم: نتایج داده برداری و محاسبات
مقدمه 56
5-1روش انجام آزمایشات 57
5-2 سرریز نیلوفری با قطر دهانه 20 سانتیمتری 59
5-2-1 بررسی مشاهدات 59
5-3 سرریز نیلوفری با قطر دهانه 16 سانتیمتر 62
5-3-1- بررسی مشاهدات 62
5-4 سرریز نیلوفری با قطر دهانه 12 سانتیمتر 62
5-4-1 بررسی مشاهدات 62
5- 5 نحوه محاسبات پارامتر های جدول 63
5 – 6 نتایج آزمایشات 64
فصل ششم: بحث و نتیجه گیری
مقدمه
بخش اول
6-1 بررسی نمودار های Q – H
6-1-1 تحلیل نمودار های مقایسه ای H^ (3/2) - 2ΠRCd.
بخش دوم
6-2 معادله عبوری Q – H از نمودار سرریز نیلوفری برای محدوده جریان در شرایط آزاد.
بخش سوم
6-3 نتایج حاصل از نمودار P – H در قبل و بعد از زانو ..
« فهرست جداول»
جدول (3-1) مختصات سرریز برای مقادیر مختلف Hs/Rs با 2P/Rs= 20
جدول(3-2) مختصات سرریز برای مقادیر مختلف Hs/Rs با 3/0P/Rs= 22
جدول (3-3) مختصات سرریز برای مختلف Hs/Rs با 23
جدول (5-1) ابعاد و مشخصه های 9 حالت آزمایش صورت گرفته 57
جدول (5-2) نتایج آزمایشات برروی سرریز با قطر 20 سانتیمتر بدون گرداب شکن 64
جدول (5-3) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 20 سانتیمتر با سه گرداب شکن 65
جدول (5-4) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 20 سانتیمترچهار گرداب شکن 66
جدول (5-5) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر16 سانتیمتر بدون گرداب شکن 66
جدول (5-6) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 16 سانتیمتر با سه گرداب شکن 67
جدول (5-7) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر16 سانتیمتر چهار گرداب شکن 68
جدول (5-8) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 12 سانتیمتر با بدون گرداب شکن 69
جدول (5-9) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 12 سانتیمتر با سه گرداب شکن 70
جدول (5-10) نتایج آزمایشات بر روی سرریز با قطر 12 سانتیمتر با چهار گرداب شکن 71
جدول (6-1) محاسبه مساحت زیر هر نمودار در حالت های مورد آزمایش با استفاده از نرم افزار MATLAB
« فهرست نمودارها»
نمودارها (4-1) معادله پروفیل سرریز با چند جمله ای درجه هفت
نمودار (6-1) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 20 سانتیمتر در حالت بدون گرداب شکن
نمودار (6-2) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 20 سانتیمتر در حالت سه گرداب شکن
نمودار (6-3) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 20 سانتیمتر در حالت چهارگرداب شکن
نمودار (6-4) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 16 سانتیمتر در حالت بدون گرداب شکن
نمودار (6-5) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 16 سانتیمتر در حالت سه گرداب شکن
نمودار (6-6) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 16 سانتیمتر در حالت چهار گرداب شکن
نمودار (6-7) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 12 سانتیمتر در حالت بدون گرداب شکن
نمودار (6-8) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 12 سانتیمتر در حالت سه گرداب شکن
نمودار (6-9) نمودار دبی – هد موثر در سرریز با قطر 12 سانتیمتر در حالت چهار گرداب شکن
نمودار (6-10) نمودار مقایسه ای RCdΠ2- ارتفاع در سرریز با قطر 20 سانتیمتر
نمودار (6-11) نمودار مقایسه ای RCdΠ2- ارتفاع در سرریز با قطر 16 سانتیمتر
نمودار (6-12) نمودار مقایسه ای RCdΠ2- ارتفاع در سرریز با قطر 12 سانتیمتر
نمودار (6-13) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 20 سانتیمتر (بدون گرداب شکن)
نمودار (6-14) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 20 سانتیمتر (سه گرداب شکن)
نمودار (6-15) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 20 سانتیمتر (چهار گرداب شکن)
نمودار (6-16) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 16 سانتیمتر (بدون گرداب شکن)
نمودار (6-17) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 16 سانتیمتر (سه گرداب شکن)
نمودار (6-18) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 16 سانتیمتر (سه گرداب شکن)
نمودار (6-19) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 12 سانتیمتر (بدون گرداب شکن)
نمودار (6-20) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 12 سانتیمتر (سه گرداب شکن)
نمودار (6-21) معادله منحنی دبی – ارتفاع در سرریز با قطر 12 سانتیمتر (چهار گرداب شکن)
نمودار (6-22) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر بدون گرداب شکن
نمودار (6-23) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر بدون گرداب شکن
نمودار (6-24) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر سه گرداب شکن
نمودار (6-25) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر سه گرداب شکن
نمودار (6-26) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر چهار گرداب شکن
نمودار (6-27) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 12 سانتیمتر چهار گرداب شکن
نمودار (6-28) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر بدون گرداب شکن
نمودار (6-29) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر بدون گرداب شکن
نمودار (6-30) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر سه گرداب شکن
نمودار (6-31) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر سه گرداب شکن
نمودار (6-32) معادله منحنی فشار – ارتفاع قبل از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر چهار گرداب شکن
نمودار (6-33) معادله منحنی فشار – ارتفاع بعد از زانو در سرریز با قطر 16 سانتیمتر چهار گرداب شکن
نمودار (6-34) مقایسه فشار – دبی قبل از زانو در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 16 سانتیمتر)
نمودار (6-35) مقایسه فشار – دبی بعد از زانو در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 16 سانتیمتر)
نمودار (6-36) مقایسه فشار – دبی قبل از زانو در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 12 سانتیمتر)
نمودار (6-37) مقایسه فشار – دبی بعد از زانو در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 12 سانتیمتر)
نمودار (6-38) مقایسه ضریب افت – دبی در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 12 سانتیمتر)
نمودار (6-39) مقایسه ضریب افت – دبی در سه حالت مورد آزمایش (سرریز با قطر 16
)فهرست شکل(
شکل (3-1) نمایش یک سرریز نیلوفری 13
شکل (3-2) حالات مختلف جریان در یک سرریز نیلوفری 14
شکل (3-3) رابطه دبی و ارتفاع سطح آب در سرریز نیلوفری 14
شکل (3-4) مقطع یک سرریز نیلوفری 16
شکل (3-5) رابطه با برای عمق های P مختلف 17
شکل (3-6) ضریب برای بارهای آبی کوچک 17
شکل (3-7) رابطه با برای سرریز نیلوفری 18
شکل (3-8) افزایش شعاع تاج سرریز جهت به حداقل رساندن فشار 19
شکل (3-9) تفکیک انواع گرداب ها براساس قدرت آنها 27
شکل (4-1) نحوه قرار گیری سرریز در فلوم آزمایشگاهی 46
شکل (4-2) رسم نقشه سرریز در محیط اتوکد
شکل (4-3) قالب سرریز نیلوفری از جنس یونولیت
شکل (4-4-) قالب سرریز نیلوفری بعد از عایق کاری
شکل (4-5) نحوه جدا شدن بدنه اصلی از قالب
شکل (4-6) نمایی از سرریز در حالت ساخت در فلوم آزمایشگاهی
شکل (4-7) نمایی از محل نصب فشار سنج ها در قبل و بعد از زانو
شکل (5-1) ستون هوای تشکیل شده در سرریز با قطر 20 سانتیمتر در حالت بدون گرداب شکن
شکل (5-2) جوشش در شفت عمودی در سرریز با قطر 20 سانتیمتر در حالت بدون گرداب شکن
شکل (5-3) جوشش در شفت عمودی در سرریز با قطر 20 سانتی متر در حالت چهار گرداب شکن
شکل (5-4) جریان آزاد در سرریز با قطر 20 در حالت چهار گرداب شکن
چکیده
یکی از چالش های پیش روی جهان امروز مهار و استفاده بهینه از منابع آب می باشد که هر دو مورد نیازمند مطالعه دقیق و ساخت سازه های مرتبط با آن می باشد. اما به دلیل هزینه های سنگین که در طی مراحل مطالعه، طراحی و به خصوص اجرا به دولت ها تحمیل می شود روند توسعه این زیرساخت مهم و بنیادین را با مشکل مواجه ساخته است.
بنابراین مطالعه اولیه و پیدا کردن اقتصادی و فنی ترین روش از درجه اهمیت بالایی برخوردار است امروزه ما در دنیایی زندگی می کنیم که مدلهای فیزیکی و غیرفیزیکی تصمیم گیرنده نهایی شده اند و تمامی سود و ضررهای یک فکر، ایده، سازه را پیش روی ما می گذارند.
سرریز نیلوفری یکی از سازه های انتقال آب از مخزن سد به پایین دست می باشد و به دلیل شکل شیپوری آن به این نام معروف شده است. از جمله نقاط قوت آن امکان ساخت در دره های تنگ و در سدهای خاکی که معمولاً سرریز جدای از بدنه وجود دارد می باشد.
به طور کلی در سرریز نیلوفری که در حالت آزاد عمل می کند دارای سرعت شعاعی و سرعت محوری می باشد در این حالت جریان به صورت مستقیم وارد سرریز می شود ولی در هنگام بروز پدیده گرداب و وجود سرعت مماسی باعث انحراف مسیر جریان از حالت مستقیم می شود و جریان مسیر طولانی تری را می پیماید و باعث افت انرژی و کاهش ظرفیت تخلیه می شود. بنابراین یکی از راه حل ها برای جلوگیری از بروز این پدیده نصب تیغه های گرداب شکن می باشد.
در این مطالعه سرریز نیلوفری در سه قطر دهانه 20 و 16 و 12 سانتیمتر از جنس فایبرگلاس و شفت های عمودی واقعی از جنس پلی اتیلن با اقطار به ترتیب 40 و 32 و 25 میلیمتر و تیغه های گرداب شکن از بخش ورق گالوانیزه ساخته شد.
با ایجاد یک مخزن به طول 2 متر در فلومی از جنس شیشه سکوریت به طول 8 و عرض 5/0 متر با شیب طولی و عرضی صفر در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت برای مشخص کردن تاثیر تیغه ها روی دبی خروجی و همچنین توزیع فشار در قبل و بعد از زانو اقدام به برداشت ارتفاع آب روی سرریز، دبی خروجی از سرریز و هد فشار در قبل و بعد از زانو گردید.
نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل نمودارها نشان می دهد که وجود تیغه های گرداب شکن در سرریز نیلوفری از تشکیل ستون هوا می کاهد و مدت زمان بروز این پدیده را تقلیل می دهد همچنین نتایج خروجی از برنامه MATLAB و نمودارهای مقایسه ای بیانگر این موضوع می باشند که با افزایش قطر سرریز در حالت نصب سه گرداب شکن سرریز از عملکرد بهتری برخوردار می باشند در این تحقیق نشان داده شد که نصب تیغه ها بر روی فشار درزانوها تاثیرمی گذارد و در پایان رابطه کلی Q = a Ln (H) + b برای جریان در حالت آزاد در این نوع سرریز مناسب تشخیص داده شد.
مقدمه
بهره برداری از منابع آب همواره یکی از چالش های پیش روی بشر بوده و حیات و توسعه و بهرمندی آن جامعه منوط به استفاده از این منبع حیاتی می باشد لذا انسان همواره در پی کشف رفتار آب در حالت ها و شرایط گوناگون بوده و حاصل این تلاش موجب پیدایش علم هیدرولیک شده است. علم هیدرولیک سعی در پیش بینی رفتار آب با استفاده از کشف قوانین حاکم بر دینامیک و استاتیک آب دارد. اما موارد متعددی نیز وجود دارد که پیش بینی رفتار آب با استفاده از معادلات ریاضی ارائه شده را کم دقت و پرهزینه می سازد در این صورت بهتر است از آزمایش و مشاهده نتایج بهره برداری کرد مواردی نظیر عبور جریان در مقاطع پیچیده هندسی، شرایط مرزی و یا شرایط ابتدایی خاص، چند بعدی بودن مساله و ... از جمله موارد پرهزینه بودن تحلیل مدل های ریاضی اند. گذشته از این وجود شرایط پیش بینی نشده در اغلب این مدل از قدرت پیش بینی آنها می کاهد بنابراین نیاز به کارهای آزمایشگاهی همچنان دیده می شود.
سد یکی از سازه های هیدرولیکی مهم ساخته دست بشر است.
با ساختن یک سد در یک ناحیه و در یک کشور شرایط زیست محیطی و فرهنگی و اجتماعی و حتی اقتصادی تغییر بسیاری می کند. در مقابل طراحی نادرست و غیر ایمن می تواند فاجعه بار باشد لذا مدل سازی برای حصول اطمینان از کارکرد صحیح اجزاء سد از اهمیت بالایی برخوردار است.
یکی از سازه های جانبی پرهزینه و پر اهمیت سدها سرریز می باشد که وظیفه ی تخلیه حجم مازاد و دبی طرح را برعهده دارد و براساس شرایط هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ فنی و اجرایی هر یک از سرریزها ویژگی خاص خود را دارند. برای انتخاب هر کدام نیاز به مطالعات گسترده ای دارد.
سرریزها انواع مختلفی دارند که تقسیم بندی های متفاوتی برای آن در نظر می گیرند. یک تقسیم بندی براساس شکل سرریز می باشد. سرریزهای لبه تیز و لبه پهن. تقسیم بندی دوم براساس نحوه ی قرار گیری آن سرریز نسبت به سد و تقسیم بندی سوم براساس وجود یا عدم وجود دریچه می باشد.
