بررسی آزمایشگاهی اثر شیب تنداب بر استهلاک انرژی

بیرانوند, فرشته; سلماسی, فرزین; فرسادی زاده, داود

doi:10.22034/arwe.2025.2063398.1044

بررسی آزمایشگاهی اثر شیب تنداب بر استهلاک انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

فرشته بیرانوند

فرزین سلماسی

داود فرسادی زاده

گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز شهر تبریز

10.22034/arwe.2025.2063398.1044

چکیده

تنداب‌ها ازجمله متداول‌ترین سازه‌های انتقال آب در سدها، شبکه‌های آبیاری و زهکشی، آبراهه‌های آبرفتی و سیستم‌های جمع‌آوری، تصفیه و دفع فاضلاب بوده و برای انتقال آب از سطحی به سطح پایین‌تر در فاصله‌ی نسبتاً زیاد به‌کار می‌روند. در پایین‌دست تنداب از سازه مستهلک کننده انرژی استفاده می‌شود. ازجمله روش‌های کاهش ابعاد و یا حذف سازه‌ی مستهلک کننده‌ی انرژی پایین‌دست به کار بردن روش‌هایی برای کاهش انرژی جریان بر روی تنداب‌ها است. در این تحقیق تأثیر اندازه شیب تنداب بر میزان استهلاک انرژی جنبشی آب، بررسی گردید. آزمایش‌ها بر روی مدل‌های فیزیکی در 6 شیب‌ مختلف (4/16، 6/20، 6/22، 25، 7/28 و 35 درجه) با قرار دادن 2 نوع زبری با اندازه‌های متفاوت (38/3 و1/38 میلی‌متر) و دانه‌بندی تقریباً یکنواخت بر روی بستر آن‌ها انجام شدند. میزان استهلاک انرژی سازه در این نوع تنداب با انجام 120 آزمایش مختلف با 10 دبی‌ بین 4 تا 45 لیتر بر ثانیه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایش‌های انجام‌ شده نشان داد؛ که با وجود زبری بستر تنداب، میزان استهلاک انرژی در شیب‌های مختلف از 7 تا 51 درصد نسبت به مدل با بستر صاف افزایش یافت. نتایج حاوی این مطلب است که به‌طورکلی شیب 4/16 درجه حداکثر و شیب 35 درجه حداقل میزان استهلاک را در محدوده‌ی آزمایش‌های این تحقیق نشان دادند.

کلیدواژه‌ها

تنداب

زبری بستر

سد

مدل فیزیکی

موضوعات

سازه های آبی

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Effect of Chute Slope on Energy Dissipation

نویسندگان English

Fereshteh Beiranvand

Farzin Salmasi

Davod Farsadizadeh

Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz Tabriz City

چکیده English

Shuts are among the most common water transfer structures in dams, irrigation and drainage networks, alluvial waterways, and wastewater collection, treatment, and disposal systems, and are used to transfer water from one level to a lower level over a relatively long distance. Downstream, the rapids become energy-draining structures. Among the methods for reducing the size or eliminating downstream energy-dissipating structures is the use of methods to reduce the flow energy on rapids. In this study the effect of chute slope on energy dissipation has been investigated. Experimental tests were conducted in a physical model using different bed slopes (16.4, 20.6, 22.6, 25, 28.7, 35 degree) and 2 different uniform roughness heights (3.38, 38.1 mm). Total of 120 tests were conducted with flow discharges ranged between 4 and 45 (LS-1). Results show that in comparison with the smooth bed, nearly 7 to 51 percent of the flow energy was dissipated on the roughened bed chute. Maximum energy dissipation occurred for slope 16.4 degree and the minimum energy was dissipated on 35 degree.

کلیدواژه‌ها English

Bed roughness

Chute

Dam

Physical Model

Afaridegan, E., Amanian, N., Shanehsazzadeh, A., & Parsaie, A. (2024). Characteristics of flow passing over Hydrofoil Crested Stepped Spillway. Alexandria Engineering Journal, 108, 897-910 (In Persian).

Beyrami, M. K. (2011). Water transmission structures (p. 462). Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran, (In Persian).

Chafi, C., Hazzab, A., & Seddini, A. (2010). Study of flow and energy dissipation in stepped spillways. Jordan Journal of civil engineering, 4(1), 1-11.

Chamani, M.R., & Rajaratnam, N. (1999). Characteristics of skimming flow over stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 125(4), 361-368.

Chanson, H. (2002). Hydraulics of Stepped Chutes and Spillways, Taylor & Francis.

Chen, S. H. (2015). Hydraulic Structures, Springer Berlin Heidelberg.

Chinnarasri, C., & Wongwises, S. (2006). Flow patterns and energy dissipation over various stepped chutes. Journal of hydraulic engineering, 116(4), 587-691.

Dah-Mardeh, A., Azizyan, G., Bejestan, M. S., Parsaie, A., & Rajaei, S. H. (2023). Experimental study of variation sediments and effective hydraulic parameters on scour downstream of stepped spillway. Water Resources Management, 37(13), 4969-4984 (In Persian).

Felder, S., & Chanson, H. (2011). Energy dissipation down a stepped spillway with nonuniform step heights. Journal of Hydraulic Engineering, 137(11), 1543-1548.

Hager, W.H., & Bremen, R. (1989). Classical Hydraulic Jump; Sequent Depths. Journal of Hydraulic Research. 27(5), 565–585.

Nejandali, A., Esmaeili, K., & Farhoudi, J. (2012). Effect of triangular bed roughness spacing on hydraulic jump characteristics. Journal of soil and water, 26(2), 282-289 (In Persian).

Pagliara, S., & Chiavaccini, P. (2006a). Energy dissipation on block ramps. Journal of HydraulicEngineering, 132(1), 41-48.

Pagliara, S., Carnacina, L., & Palermo, M. (2009). Energy dissipation in presence of block ramps with Enlarged stilling basins. Proceeding of the 33rd IAHR Congress: Water engineering for a Sustainable environment, 5042-5050. Vancouver, Canada.

Rahmanshahi Zahabi, M., & Shafai Bejestan, M. (2012). Experimental Investigation of the Effect of Chute Bed Roughness Height on Energy Dissipation. Water and soil science, 22(2),95-106 (In Persian).

Ravar, Z., Farhoudi, J., & Nejandali, A. (2011). Effect of vertical trapezoidal rough bed on hydraulic jump characteristics and enerjy loss. Journal of soil and water, 26(1), 85-94 (In Persian).

Salmasi F. (2009). Effect of Number of Steps on Energy Dissipation of Stepped Spillways Based on the New Design Approach. Water and soil science, 19(1), 27-38 (In Persian).

Salmasi, F., & Arvanaghi, H. (2013) Effect of Slope on Energy Dissipation in Flow over Stepped Spillway. Water and Environment Engineering, 1(1), 47-56 (In Persian).

Salmasi, F., & Özger, M. (2014). Neuro-fuzzy approach for estimating energy dissipation in skimming flow over stepped spillways. Arabian Journal for Science and Engineering, 39, 6099-6108 (In Persian).

Sorensen, R. M. (1985). Stepped spillway hydraulic model investigation. Journal of hydraulic Engineering, 111(12), 1461-1472.

White, F. M. (2016). Fluid Mechanics (8^th ed.). New York: McGraw-Hill Education.