پایان نامه ارشد: بررسی آزمایشگاهی فرسایش در پایین دست حوضچه های آرامش برای خروجی لوله ها

دانشگاه یزد

دانشکده فنی و مهندسی

 گروه عمران

پایان نامه

برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی عمران – آب

بررسی آزمایشگاهی فرسایش در پایین دست حوضچه­های آرامش برای خروجی لوله­ها

استاد راهنما :

 دکتر نصرت الله امانیان

استاد مشاور :

مهندس مسعود زینی

بهمن­ماه 1391

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده :

حوضچه­های آرامش باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند انرژی پتانسیل ذخیره شده در آب مخزن بندها و سدها را به گونه ای ضمن انتقال به بستر طبیعی مستهلک کنند که موجب از بین رفتن بستر و در شرایط بحرانی تخریب خود حوضچه و سد نشوند. در منابع مختلف بسته به شرایط جریان و شکل خروجی جریان بر اساس نتایج مطالعات آزمایشگاهی متعدد انجام شده روش­هایی برای طراحی حوضچه آرامش ارائه می­شود که در مواردی به شدت غیر اقتصادی هستند و به طول زیاد و مصرف مصالح بیش از اندازه منتهی می شوند.

در این تحقیق چند مورد از بهترین مدل­های ارائه شده برای حوضچه­های آرامش در خروجی لوله­ها مدلسازی شدند و از طریق معرفی پارامتر بی­بعد نسبت عمق آبشستگی به فاصله محل حداکثر آبشستگی از شروع بستر فرسایش پذیر، عملکرد مدل­ها مقایسه شدند. برای مقایسه صحیح مدل­ها، در تمام آزمایش­ها با ایجاد شرایط یکسان هیدرولیکی در بالا و پایین دست حوضچه یا به عبارتی قرار دادن تمام حوضچه­ها در میان دو انرژی یکسان و مدل کردن بستر فرسایش پذیر مشابه در پایاب همه مدل­ها با مقایسه پارامتر نسبت عمق آبشستگی به فاصله محل حداکثر آبشستگی از شروع حوضچه رسوب و پروفیل وسط حفره آبشستگی عملکرد حوضچه­ها بررسی شدند. در نهایت با ایجاد تغییراتی در حوضچه­های پیشنهادی از جمله زاویه دیواره معرفی شده در حوضچه تیپ شش USBR[1] و ایجاد شیب معکوس درکف حوضچه، موفق شدیم طول حوضچه را 20 درصد کاهش دهیم.

نتایج تحقیق نشان می­دهد برای بهبود عملکرد حوضچه مستقل از فرود جریان ورودی یک زاویه بهینه برای دیوار داخل حوضچه وجود دارد و شیب معکوس کف حوضچه موجب بهبود عملکرد حوضچه می شود. حوضچه آرامش معرفی شده در این تحقیق با آنکه طول کمتری نسبت به بهترین مدل­های معرفی شده دارد در شرایط هیدرولیکی مشابه آبشستگی کمتری ایجاد می­ کند و عملکردی مستقل­تر نسبت به تراز آب پایاب از خود نشان می­دهد.

کلمات کلیدی: آب پایه، آبشستگی، حوضچه آرامش، عدد فرود، عمق نرمال

فهرست مطالب

فصل اول 1

1-1 مقدمه 2

1-2 اهمیت و ضرورت انجام تحقیق 3

1-3 سوالات عمده تحقیق 4

1-4 تعریف واژه­ها و اصطلاحات فنی و تخصصی 5

1-4-1 عدد فرود 5

1-4-2 آبشستگی 5

1-4-2-1 انواع آبشستگی 5

1-4-2-1-1 آبشستگی عمومی 6

1-4-2-1-2 آبشستگی تنگ شدگی 6

1-4-2-1-3 آبشستگی موضعی 7

1-4-2-1-4 آبشستگی کل 7

1-4-2-1-5 آبشستگی در آب زلال و آب حاوی رسوب 8

1-4-3 آستانه لغزش ذرات 9

1-5 معرفی عمومی فصل­های پایان نامه 9

فصل دوم 11

2-1 مقدمه 12

2-2 سابقه تحقیق 12

2-2-1 سابقه تحقیق در ایران 12

2-2-2 سابقه تحقیق در سایر کشورها 12

2-2-2-1 حوضچه­های آرامش پرش هیدرولیکی (Hydraulic Jump Stilling Basin) 13

2-2-2-2 حوضچه آرامش در خروجی لوله­ها از طریق شیر 14

2-2-2-3 حوضچه استاندارد USBR Type VI 15

2-2-2-4 حوضچه آرامش Contra Costa 17

2-2-2-5 حوضچه آرامش Grade 19

2-2-2-6 حوضچه­های آرامش گوئل و همکاران 21

فصل سوم 27

3-1 مقدمه 28

3-2 ابزار و امکانات مورد استفاده 28

3-3 کالیبره کردن فلوم 29

3-3-1 کالیبره کردن شیب 29

3-3-2 کالیبره کردن دبی 30

3-4 مطالعات اولیه 32

3-5 معرفی فاکتور عملکرد 34

3-6 ساخت مدل آزمایشگاهی 35

3-6-1  مدل سازی حوضچه تیپ شش انجمن آبادانی امریکا در خروجی لوله­ها 36

3-6-2 ساخت حوضچه آرامش با نتایج تحقیقات دکتر گوئل و همکاران 38

3-7 دانه بندی مصالح 45

3-8 عمق نرمال پایاب 46

3-9 کنترل نوع آبشستگی در پایاب 51

3-9-1 روش­های تنش برشی 51

3-9-2 روش­های سرعت بحرانی 51

3-10 مشخصات هیدرولیکی مدل 53

3-11 روند کلی انجام آزمایش­ها 54

فصل چهارم 57

4-1 مقدمه 58

4-2 تعیین مدت زمان انجام هر آزمایش 58

4-3 بررسی شکل کلی حفره آبشستگی 60

4-4 مقایسه حوضچه آرامش گوئل و همکاران با حوضچه تیپ شش انجمن آبادانی امریکا 61

4-5 بررسی اثر زاویه دیوار حوضچه آرامش گوئل روی عملکرد آن 64

4-6 بررسی اثر شیب معکوس کف حوضچه روی عملکرد آن 68

4-7 کاهش طول حوضچه 73

4-8 بررسی پایداری عملکرد حوضچه نسبت به تراز آب پایاب 75

فصل پنجم 79

5-1 نتیجه­گیری 80

5-2 پیشنهادات 81

فهرست مراجع 83

فصل اول

مقدمه ، کلیات و تعاریف

1-1 مقدمه

کلمه فرسایش که در انگلیسی اروژن و در زبان فرانسه اروزیون تلفظ می­شود، از ریشه لاتین ارودری[2] به معنی سائیدگی می­باشد و عبارتست از سائیده شدن سطح زمین. به­طور کلی فرسایش خاک[3] عبارتست از جابجایی و جداشدن ذرات خاک از بستر اصلی خود وانتقال آن به مکانی دیگر در اثر عامل انتقال دهنده (الیسون[4]، 1947). در صورتیکه عامل جدا کننده ذرات از بستر و انتقال آنها آب باشد، به آن فرسایش آبی[5] می­گویند.

زمانی که آب از یک تراز به تراز پایین­تر منتقل می شود انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود. در صورت مهار نشدن انرژی بالای جنبشی جریان در طولانی مدت می ­تواند باعث خرابی و ایجاد فرسایش در پایین دست جریان شود. برای جلوگیری از خسارات ناشی از انرژی فوق العاده آب در سرعت­های فوق بحرانی و نیز به منظور از بین بردن انرژی اضافی سینتیک موجود در چنین آبی، عموماً از سازه­های خاصی به نام انرژی گیرنده[6] که در پایین دست جریان ساخته می شوند استفاده می شود. اینگونه سازه­ها علاوه بر از بین بردن انرژی آب، وسیله ای برای کنترل و مهار پرش هیدرولیکی و بوجود آوردن شرایط وقوع آن در یک موقعیت مکانی خاص نیز بشمار می روند. به عبارت دیگر موقعی که یک پرش هیدرولیکی روی یک سطح صاف رخ می دهد کوچکترین تغییری در اعماق جریان بالا و پایین دست آن میتواند باعث تغییر مکان پرش به یکی از دو سو گردد، لذا منطقی است در حوضچه ها از سازه­هایی جهت کاهش حساسیت از جمله آب پایه[7] استفاده گردد.

در حالت کلی دو روش برای کاهش انرژی آب وجود دارد، روش اول استفاده از تبدیل­های موضعی و یا اجزاء دیگری که باعث آشفتگی جدی در جریان می شوند، روش دوم بر اساس پرتاب آب به یک نقطه دوردست است که در این میان جریان به ذرات ریزی تبدیل می شود و در برخورد با هوا و برگشت به زمین مقدار زیادی از انرژی خود را از دست می دهد (ابریشمی 1380).

اگر چه طول پرش هیدرولیکی و افت ایجاد شده یکی از پارامتر­های حساس در طراحی است اما در حالت کلی قابل محاسبه از طریق تحلیل ریاضی نبوده و لازم است تا در هر مورد از نتایج تجربی و آزمایشگاهی نیز استفاده گردد (ابریشمی 1380).

یکی از محل­هایی که جریان با سرعت زیاد مستعد ایجاد خسارت در پایین دست جریان است خروجی لوله­های تحت فشار است، انرژی زیاد این جریان باید به صورت کار آمدی گرفته شود تا از خسارت و فرسایش در پایین دست جلوگیری شود. جت­های آب، کالورت­ها و تونل­های انتقال آب نمونه ­ای از سازه­هایی هستند که نیاز به سازه مستهلک کننده انرژی دارند (1974،USBR).

در 60 سال گذشته بررسی های بسیاری روی حوضچه­های آرامش در خروجی لوله­ها انجام گرفته است. حوضچه­های مختلف در فرم­ها و طول­های متفاوتی بر اساس فرود جریان خروجی ارائه شده ­اند که بسیاری از آنها علاوه بر کارایی پایین طول نسبتاً زیادی نیز دارند و ساخته شدن آنها نیازمند صرف هزینه زیادی است. یک معیار مناسب برای بررسی عملکرد حوضچه­ها و کارایی آنها در استهلاک انرژی آب، میزان فرسایش ایجاد شده در پایاب در شرایط هیدرولیکی مشابه می­باشد. به عبارت دیگر هرچه عملکرد حوضچه بهتر باشد با ایجاد تلاطم بیشتر افت بیشتری ایجاد می کند در نتیجه آب خروجی انرژی کمتری دارد و از توان فرسایشی آن کاسته می شود.

در این تحقیق میزان آبشستگی و فرم حفره آبشستگی به عنوان معیار مقایسه عملکرد حوضچه ها در نظر گرفته شده است.

[1] United States Bureau of Reclamation

[2] Eroderi

[3]  Soil Erosion

[4] Ellison

[5] Water Erosion

[6] Energy Dissipators

[7] End Sill

تعداد صفحه : 125

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       asa.goharii@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.