فرشته‌پور

مدل‎ سازی جریان در چاهک آدم رو با شیب ‎شکن در شبکه‌های جمع‌آوری رواناب سطحی

چكيده

امروزه افزايش سطوح نفوذناپذير حوزه‌هاي آبريز که ناشي از گسترش شهرسازي واحداث انواع ساختمان‌ها برروي خاک‌هاي غالباً نفوذپذير حوزه است، بر حجم و شدت رواناب افزوده‌ است. درنتيجه، سيستم‌هاي زه‌کشي موجود جهت کنترل سيلاب ناکافي است و لازم است در طراحي آن‌ها بازنگري شود. در سيستم‎هاي زه‌کشي رواناب شهري، کانال‌هاي آب بايد داراي شيب کمي باشند تا جريان با سرعتي محدود حرکت کند. سرعت بالا در کانال، باعث فرسايش و تخريب آن خواهد شد. درصورت نياز به کاهش تراز کانال بايد از سازه‌هايي استفاده شود که علاوه بر کاهش تراز جريان، انرژي آن را نيز کاهش دهد.

هدف اين پايان‎نامه بررسي عملکرد نوع جديدي از سازه‎ي آدم‎رو با شيب‎شكن جهت کاهش انرژي جريان عبوري، کاهش ابعاد آن و افزايش دبي است. طرح جديدي که بدين منظور پيشنهاد مي‌شود، از ترکيب چاهک آدم‌رو با شيب‎شکن قايم و سازه‌ي خروجي لوله‌ي تشکيل شده‌ است. براي دستيابي به اين هدف، نمونه‌‌ي آزمايشگاهي اين سازه‌‌ي هيدروليکي در آزمايشگاه ساخته‌ شد و الگوهاي پايه‌ي جريان و ساير پارامتر‌هاي هيدروليکي بررسي شد. همزمان، با استفاده از نرم‌افزار OpenFOAM مدل ساخته‌شده در آزمايشگاه به صورت عددي شبيه‌سازي شد. سازه‌ي ‌خروجي لوله‌ از دو جز‌ء اساسي به‌نام ديوار آويزان و پله‌‌ي انتهايي تشکيل شده است که در اين تحقيق جهت بررسي عملکرد ديوار آويزان به تنهايي و جلوگيري ازايجاد پرش هيدروليکي از پله استفاده نشد. نخست آزمايش‌ها بر روي مدل بدون ديوار آويزان انجام شد و نتايج آن با نتايج آزمايشگاهي و تحليلي موجود در زمينه‌ي شيب‌شکن‌هاي قايم مستطيلي مقايسه شد. در مرحله‌ي دوم آزمايش‌ها، مدل چاهک آدم‌رو با ديوار آويزان بررسي شد.

در حالت بدون ديوار آويزان نتايج نشان مي‌دهد، بازده استهلاک انرژي در اين سازه حدود 40 تا 80 درصد است و به‌طور کلي حدود 50 درصد بيشتر از شيب‌شکن‌هاي معمولي است. علاوه بر افت انرژي، متغيرهاي ديگري همچون عمق و طول گرداب، غلظت هوا و عمق پايين‌دست نيز اندازه‌گيري و با نتايج آزمايشگاهي موجود مقايسه شد. در مرحله‌ی دوم، با درنظر گرفتن ديوار آويزان، ابتدا رژيم‌هاي جريان با تعريف پارامتر تأثير طبقه‌بندي شدند. چهار نوع رژيم در حالت کلي شناسايي شد که محل برخورد جت آب، ميزان بازشدگي ديوار آويزان و عمق حوضچه تعيين‌کننده‌ي رژيم حاکم بود. نتايج نشان مي‌دهد از لحاظ افت انرژي، اين مدل هم‌سطح با مدل بدون ديوار آويزان و بازده آن در حدود 50 تا 80 درصد است. در اين تحقيق همچنين با استفاده از معادلات اندازه‌حرکت، رابطه‌اي نيمه تحليلي براي يافتن عمق حوضچه ارايه شد که همخواني خوبي با داده‌هاي آزمايشگاهي داشت. با بررسي ضريب انقباض و تخليه‌ي اين مدل مشخص شد که اين سيستم نسبت به دريچه‌هاي معمولي دبي کمتري را عبور مي‌دهد. نتايج شبيه‌سازي عددي نيز نشان مي‌داد که نرم‌افزار OpenFOAM قابليت تخمين مناسب متغيرهاي هيدروليکي اندازه‌گيري شده را دارد.