Download
1 / 49
1.48k likes | 2.86k Views
هیدرولیک کانالهای باز. Open Channel Hydraulics. دکتر رجبی. منبع و فصل های مصوب:. فصل بندی مباحث. فصل اول : کلیات و مفاهیم اولیه فصل دوم : اصل انرژی درکانالهای باز فصل سوم : اصل اندازه حرکت درکانالهای باز فصل چهارم : جریانهای یکنواخت درکانالهای باز
E N D
هیدرولیک کانالهای باز Open Channel Hydraulics دکتر رجبی
فصل بندی مباحث • فصل اول : کلیات و مفاهیم اولیه • فصل دوم : اصل انرژی درکانالهای باز • فصل سوم : اصل اندازه حرکت درکانالهای باز • فصل چهارم : جریانهای یکنواخت درکانالهای باز • فصل پنجم: جریانهای متغییر تدریجی درکانالهای باز • فصل ششم: سازه های کنترل کننده جریان
نحوه تخصیص نمرات الف) نیم ترم ب) کوییز پایان فصل 3 نمره 3 نمره
فصل اول: مفاهیم اساسی جریان سیالات • مفاهیم: انواعجریانبا توجه به معیار زمان • جریان دائمی (ماندگار) Steady Flow در هر مقطع جریان (x=const) • جریان غیردائمی Unteady Flow در هر مقطع جریان (x=const)
فصل اول: مفاهیم اساسی جریان سیالات • جریان آزاد (یک مرز جریان -سطح آزاد- در تمام مسیر در معرض فشار اتمسفر –فشار ثابت) و تحت فشار (تمام مایع درون یک مرز بسته) • انرژی کل مقطع: • خط تراز انرژی: انرژی کل در مسیر) • خط تراز هیدرولیکی
فصل اول: مفاهیم اساسی جریان سیالات • انواع جریان با توجه به معیار مکان (فضا) • جریان یکنواخت Uniform Flow در هر لحظه زمانی ثابت (t=const) • جریان غیر یکنواختVaried Flow در هر لحظه زمانی ثابت (t=const) • جریان متغیر تدریجی Gradually V.F.انحنای خطوط جریان کم است. • جریان متغیر ناگهانی Rapidly V.F. (پرش هیدرولیکی) • جریان متغیر مکانی Spatially V.F.اضافه یا کم شدن دبی جریان آب
فصل اول: مفاهیم اساسی جریان سیالات • تقسیم بندی جریان در کانال های باز • جریان دائمی • یکنواخت : • متغیر تدریجی : پس زدگی در پشت دریچه کشویی کانال، بند و یا سد • متغیر ناگهانی : پرش هیدرولیکی • متغیر مکانی: جریان سرریز سد با دبی ثابت از لبه سرریز به کانال جانبی اصلی • جریان غیر دائمی • یکنواخت : نداریم • متغیر تدریجی : عبور سیل از رودخانه • متغیر ناگهانی : جزر و مد در رودخانه – بستن ناگهانی دریچه کشویی کانال • متغیر مکانی: لبریز شدن موج سیلاب در هنگام عبور موج سیلاب از کنار رودخانه
فصل اول: مفاهیم اساسی جریان سیالات
فصل اول: کانال های باز و مشخصات هندسی مقاطع آنها • تقسیم بندی کانال ها • مصنوعی یا طبیعی • منشوری یا غیر منشوری (سطح مقطع و شیب) • کانالهای با جداره ثابت و متحرک (فرسایش) • انواع مقاطع کانالهای باز • مقطع ذوزنقه ای (شیب کناره موجب پایداری در برابر لغزش) حالات خاص : مستطیلی و مثلثی • مقطع دایره ای (سیستم جمع آوری فاضلاب) • مقطع سهمی شکل
فصل اول: کانال های باز و مشخصات هندسی مقاطع آنها • مشخصات هندسی مقاطع کانال ها • عمق جریان • سطح مقطع جریان (سطح مقطع در صفحه عمود بر جهت عمومی جریان) • عرض سطح آزاد • پیرامون مرطوب • شعاع هیدرولیکی • عمق هیدرولیکی • فاکتور سطح در محاسبه مقطع بحرانی • انواع کانالهای مصنوعی –کانال: آبراهه طولانی با شیب ملایم، -تبدیل -کانال پایه دار(فلوم): ساخته شده از چوب و ... –تندآبراه(شوت): شیب کف تند - شیب شکن: شوت برای اختلاف ارتفاع کم – آبرو(کالورت): عبور آب از زیر جاده و..
فصل اول: وضعیت جریان در کانالهای باز • تاثیر نیروی ثقل (در مقایسه با نیروی شتابدهنده): • جریان زیر بحرانی (سرعت کم و عمق زیاد) • جریان فوق بحرانی (سرعت زیاد و عمق کم ) • جریان بحرانی • بطور کلی جریان در کانالها آشفته است، تاثیر لزجت اندک بوده و ضریب اصطکاک مستقل از عددرینولدز و صرفا تابعی از زیری نسبی است. در عین حال به نیروی ثقل (عدد فرود) نقش مهمی در معادلات بدست آمده در جریان آب در کانال دارد. • مدلسازی فیزیکی جریان با سطح آزاد بر پایه عدد فرود است.
فصل اول: وضعیت جریان در کانالهای باز • تاثیر نیروی لزجت (در مقایسه با نیروی شتابدهنده): • جریان آرام (لایه ای) –قانون لزجت نیوتن حاکم است. • جریان انتقالی • جریان آشفته (متلاطم) لزجت گردابه ای اضافه می شود. اگر از دید ماکروسکوپی سرعت متوسط جریان در یک نقطه بر حسب زمان ثابت باشد جریان دائمی است. رژیم جریان: • رژیم زیر بحرانی - آرام • رژیم زیر بحرانی - آشفته • رژیم فوق بحرانی - آرام • رژیم فوق بحرانی - آشفته
فصل اول: وضعیت جریان در کانالهای باز • در یک کانال مستطیلی عریض آبی با دمای 20 درجه در جریان است. امکان ایجاد رژیم جریان آرام؟ • حل:
فصل اول: وضعیت جریان در کانالهای باز • در یک کانال ذوزنقه ای آبی به صورت یکنواخت با دبی m3/s 8.5در جریان است. اگر عمق جریان m 1.22 باشد رژیم جریان؟ • حل: رژیم زیر بحرانی - آشفته
فصل اول: توزیع سرعت در کانالها • ترسیم منحنی های هم سرعت جهت تعیین سرعت در کانالها (زبری جداره، سطح آزاد و مقطع نامنظم) • مقدار سرعت در جداره صفر است و با دور شدن از آن افزایش می یابد. • گرادیان سرعت در مجاورت مرزها شدیدتر است. • سرعت ماکزیمم در هر مقطع قائم • در نزدیکی سطح آزاد آب و در فاصله 0.05تا 0.25 عمق جریان ازسطح آزاد آب اتفاق می افتد (جریانهای ثانویه) • سرعت متوسط در مقطع قائم بصورت تجربی - اگر عمق جریان کم باشد
فصل اول: توزیع سرعت در کانالها • دبی کل • سرعت در سطح آزاد آب • : Kتابع شکل مقطع (0.8<K<0.95) • مثال:نشان دهید قانون لگاریتمی سرعت در کانالهای مستطیلی عریض با هماهنگی دارد.
فصل اول: توزیع سرعت در کانالها • مثال:نشان دهید قانون لگاریتمی سرعت در کانالهای مستطیلی عریض با رابطه زیر هماهنگی دارد.
فصل اول: توزیع فشار در کانالها • توزیع فشار در جریان های یکنواخت • توزیع فشار در جریان های متغیر تدریجی: فرض فشار هیدرواستاتیک حاکم است
فصل اول: توزیع فشار در کانالها • توزیع فشار در جریان های با انحنا در صفحه قائم(محدب)
فصل اول: توزیع فشار در کانالها • توزیع فشار در جریان های با انحنا در صفحه قائم(مقعر)
فصل اول: توزیع فشار در کانالها • مساله: با فرض عمق جریان ثابت و سرعت یکنواخت Vپیش از انحنا، رابطه ای برای تغییر فشارنسبت به عمق بر حسب بیان کنید
فصل اول: بررسی معادلات حاکم بر حرکت سیالات • تحلیل یک بعدی جریان: بر مبنای سرعت متوسط مقطع و در نظر نگرفتن تغییرات عرضی سرعت. در هر مقطع از جریان سرعت و فشار ثابت است. • حجم کنترل: حجمی از سیال که موقعیت و شکل آن در فضا در نظر گرفته میشود. • رابطه پیوستگی: m(جرم) ورودی به حجم کنترل در واحد زمان- m(جرم) خروجی از حجم کنترل در واحد زمان= تغییر m(جرم) در داخل حجم کنترل در واحد زمان • رابطه اندازه حرکت: برآیند نیروهای خارجی وارد بر جرم داخل حجم کنترل در واحد زمان(وزن، فشار یا نیروهای سطحی)= تغییرات اندازه حرکت در داخل حجم کنترل در واحد زمان(جریان غیردائمی ناشی از شتاب موضعی ذرات)+ تغییرات اندازه حرکت بر روی سطوح کنترل در واحد زمان( در جریان دائمی و غیردائمی ناشی از شتاب جابجایی ذرات سیال) • رابطه انرژی: انرژی خروجی از حجم کنترل در واحد زمان= انرژی ورودی به حجم کنترل در واحد زمان+ افت انرژی در واحد زمان
فصل اول: کاربرد روابط حاکم بر حرکت سیالات درجریان در کانالهای باز • رابطه پیوستگی: m(جرم) ورودی به حجم کنترل در واحد زمان- m(جرم) خروجی از حجم کنترل در واحد زمان= تغییر m(جرم) در داخل حجم کنترل در واحد زمان با فرض جریان دائمی برای کانال
فصل اول: کاربرد روابط حاکم بر حرکت سیالات درجریان در کانالهای باز • رابطه پیوستگی: با فرض جریان غیر دائمی برای کانال
فصل اول: کاربرد روابط حاکم بر حرکت سیالات درجریان در کانالهای باز • رابطه اندازه حرکت: برآیند نیروهای خارجی وارد بر جرم داخل حجم کنترل در واحد زمان(وزن، فشار یا نیروهای سطحی)= تغییرات اندازه حرکت در داخل حجم کنترل در واحد زمان + تغییرات اندازه حرکت بر روی سطوح کنترل در واحد زمان • : ضریب تصحیح اندازه حرکت که از نسبت اندازه حرکت بر مبنای سرعت حقیقی به اندازه حرکت بر مبنای سرعت نسبی بدست آمده
فصل اول: کاربرد روابط حاکم بر حرکت سیالات درجریان در کانالهای باز • رابطه انرژی: انرژی خروجی از حجم کنترل در واحد زمان= انرژی ورودی به حجم کنترل در واحد زمان+ افت انرژی در واحد زمان • ضریب تصحیح انرژی : نسبت انرژی جنبشی بر مبنای توزیع سرعت حقیقی به انرژی جنبشی بر مبنای سرعت نسبی بدست آمده
فصل اول: بررسی توابع توزیع سرعت در مقطع جریان • ضرایب تصحیح انرژی جنبشی و اندازه حرکت تحت تاثیر عوامل توزیع سرعت در مقطع جریان هستند و از روابط تجربی و تعیین می شوند. مقاطع مرکب (رودخانه ها)
