حامد پورصالحي

چكيده

يكي از عوامل موثر در طراحي سازه­اي شيب­شکن­هاي قائم، نيروي وارده از طرف جريان پرتابي بر روي كف سازه است. اختلاف فشار هوا بين دو طرف جريان پرتابي، باعث ايجاد نوسان در تيغه­ي جت ريزشي مي­شود و نيروي ديناميکي را بر کف سازه وارد مي­کند. اين نوسان‌ها مي­تواند منجر به تخريب سازه نيز ­گردد. اگر بتوان ميزان و دامنه­ي نوسان نيرو را کاهش داد، مي­توان سازه­اي به مراتب سبک­تر، کم هزينه­تر و با عمر مفيد بالاتري را طراحي و اجرا كرد.

در اين تحقيق، با استفاده از ميراگرهاي غير­فعال، تأثير آن­ها بر کاهش ميزان و دامنه­ي نيروي ديناميکي وارده از طرف جريان ريزشي بر کف شيب­شکن قايم تجزيه و تحليل شده است. تحقيق حاضر از دو بخش مطالعات آزمايشگاهي و تحليلي تشکيل شده است. در بخش صحت‌سنجي، خصوصيات هيدروليکي جريان در شيب ‌شكن­هاي قائم اندازه‌گيري شده و با نتايج پيشين مقايسه شده است. همچنين، با ساخت دستگاه مخصوص اندازه­گيري نيرو، دامنه و مقدار نيروي ديناميکي وارد بر کف شيب­شکن از طرف جريان ريزشي به­دست آمد. با به­کار بردن سه نوع ميراگر با سختي­هاي متفاوت، تأثير وجود ميراگرها بر کاهش دامنه و ميزان نيروي ديناميکي وارد بر پايين­دست شيب‌شکن از طرف جريان ريزشي بررسي شده است. در بخش تحليلي، با ارايه­ي يک روش به بررسي چگونگي تغييرات نيروي ديناميکي اين قبيل سازه­ها پرداخته شد و براي صحت­سنجي اين روش، نتايج آن با داده‌هاي آزمايشگاهي تحقيق حاضر مقايسه گرديد.

نتايج آزمايشگاهي خصوصيات هيدروليکي جريان از قبيل عمق لبه، عمق گرداب، طول سطح گرداب، طول شيب‌شکن، عمق فوق‌بحراني در پايين­دست، عرض جت در محل برخورد با سطح گرداب، محل و زاويه­ي برخورد جت ريزشي در پايين‌دست شيب­شکن و فشار­هاي وارده از طرف جريان بر کف شيب­شکن قائم با نتايج آزمايشگاهي و روابط تحليلي ارايه شده توسط ديگر محققين تطابق خوبي دارد. همچنين، نيروهاي جريان ريزشي به­دست آمده از دستگاه نيروسنج نيز با روابط تحليلي ارايه شده در اين تحقيق و روابط ارايه شده توسط ديگر محققين مقايسه شده و صحت­سنجي­هاي لازم صورت گرفته است. نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد كه متغيرهاي فرکانس، دامنه و ميزان نيروي ديناميکي جريان، رابطه‌ي مستقيم با ارتفاع شيب­شکن و دبي جريان دارد. باتوجه به نتايج آزمايش­ها، استفاده از ميراگرها در کف  شيب­شکن­ها تأثير قابل ملاحظه­اي بر کاهش دامنه و ميزان نيروي ديناميکي جريان ريزشي داشته است. استفاده از ميراگر نوع 3، باعث استهلاک دامنه­ي نيروي ديناميکي جريان ريزشي به ميزان 81% گرديده است. همچنين، مقدار نيروي اعمالي از طرف جريان ريزشي به تکيه­گاه را نيز به ميزان 25% کاهش داده است. اين مقادير براي ميراگر نوع 1 به‌ترتيب برابر با 75% و 25% و براي ميراگر نوع 2 به‌­ترتيب برابر با 64% و 19% است.

در بخش تحليلی، روشي براي برآورد نيروي ديناميکي جت ريزشي وارد بر کف پايين­دست شيب­شکن­­های قائم ارايه شده است.  نتايج روابط تحليلي ارايه شده نشان مي‌دهدکه اگر مقادير دو پارامتر دامنه­ي فشار متغير سينوسي دو طرف جت و اختلاف فشار ثابت بين پشت و سطح جت ريزشي در دسترس باشد، برآورد صحيحي از نيروي ديناميکي جت ريزشي امكان‌پذير است.