بررسی آزمایشگاهی اثر هوادهی به جت های قائم بر ابعاد حفره آبشستگی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• بابک لشکرآرا ¹
• علی لشکرآرا ²
• منوچهر فتحی مقدم ³

¹ دانشگاه صنعتی جندی شاپور/گروه عمران

² دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران و کارشناس شرکت مهندسین مشاور سامان آبراه، اهواز، ایران

³ دانشگاه شهید چمران اهواز دانشکده مهندسی علوم آب

10.22067/civil.v27i1.30886

چکیده

عموماً مطالعات پیرامون آبشستگی توسط مدل‌‌های فیزیکی انجام می‌‌شود. تحقیقات نشان داده‌است که میزان هوای ورودی به جت خروجی از سرریزها در مدل کمتر از اصل است. لذا تأثیر هوادهی بر حفره‌ی آبشستگی نیازمند مطالعه می‌‌باشد. در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی تأثیر پارامترهایی نظیر میزان اختلاط هوا و عمق‌ پایاب بر ابعاد حفره‌ی آبشستگی ناشی از جت‌‌های قائم مستغرق پرداخته شده است.حفره‌ی آبشستگی که تحت شرایط هوادهی و بدون‌هوادهی ایجاد شده، تحت شرایط هیدرولیکی یکسان از قبیل سرعت جت و عمق پایاب مورد مقایسه قرار گرفته است. پروفیل حفره‌ی آبشستگی تحت شرایط یکسان قطر ذرات مصالح بستر و عمق پایاب اساساً به عمق آبشستگی وابسته است. تحقیق حاضر نشان داد که غلظت هوا در میزان ابعاد حفره آبشستگی مؤثر است و عمق آبشستگی را کاهش می‌دهد. از بررسی روند تغییرات حداکثر عمق و طول نسبی آبشستگی و در مقابل عدد فرود پایاب ناشی از جت‌‌های قائم پیش هوادهی‌شده در حوضچه‌ی استغراق ملاحظه گردید که با افزایش غلظت هوای وارد به جت، میزان حداکثر عمق و طول نسبی حفره‌ی آبشستگی کاهش می‌‌یابد. این میزان تغییرات در ابعاد حفره‌ی آبشستگی دارای آستانه‌ی حدی می‌‌باشد. بررسی نتایج نشان می‌‌دهد که به‌ازا‌ی اعداد فرود پایاب بزرگ‌تر از 78/8 ، در صورتی‌که میزان غلظت هوای وارد به جت کوچک‌تر از 25/3 درصد باشد، تأثیری بر میزان حداکثر عمق نسبی حفره‌ی آبشستگی مشاهده نمی‌‌گردد. هم‌چنین به‌ازای عدد فرود پایاب بزرگ‌تر از 45/8 ، چنانچه میزان غلظت هوای وارد به جت کوچک‌تر از 25/3 درصد باشد اثری بر حداکثر طول نسبی حفره‌ی آبشستگی مشاهده نمی‌‌گردد.

کلیدواژه‌ها

• جت پیش هوادهی
• نازل
• عمق تعادل
• پارامتر فرسایش

---

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of the Effect of Air Entrained Vertical Jet on the Scour Hole Dimentions

نویسندگان [English]

• Babak Lashkar-Ara ¹
• Ali Lashkar-Ara ²
• Manoochehr Fathi-Moghadam ³

¹ Jundi-Shapur University of Technology, Dezful

² Civil Engineering and Expert in Saman-Abrah Consulting Engineers Co., Ahwaz, Iran.

³ School of Water Science and Engineering, Shahid Chamran University, Ahwaz

چکیده [English]

Many experimental studies have been conducted on development of the scour hole as a result of vertical jet impaction. Research has shown that aeration of the nappe flow in the model is much weaker than that in the prototype. Therefore, the influence of aeration on scour holes needs further study. Experimental investigation of the effects of air entrainment and tail water depth on the scour hole developed by a vertical submerged jet impaction is carried out in this study. The scour holes with and without air entraining conditions were investigated while hydraulic parameters like jet velocity and tail-water depth were kept constant. The results showed that air entrainment effectively reduces the scour depth and dimension. Variation of maximum relative depth and length of scouring i.e. ds/htw and Ls/htw versus tail-water Froude number parameter, i.e. were analyzed. By increasing the air concentration, maximum relative depth and length of scour hole reduced. The changes in scour hole dimension has a threshold. Results indicated that for more than 8.78, no meaningful effect on maximum scour hole depth (ds/htw) and length (Ls/htw) was seen for air concentration of less than 3.25 percent.

کلیدواژه‌ها [English]

• pre-air entrained jet
• nozzle
• equilibrium depth
• erosion parameter

مراجع

1. Mason, P.J. "Effect of air entrainment on plunge Pool Scour.", Journal of Hydraulic Engineering., ASCE, Vol 115, No. 3, pp. 385-399. (1989).

2. Ervine, D. A. "The entrainment of air in water." Institute of Water Power and Dam Construction., 28(12), 27-30. (1976).

3. Bin, A. K. "Air entrainment by plunging liquid jets." presented at the Sept. 3-6, IAHR Symposium on Scale Effects in Modelling Hydraulic Structures, held at Esslingen, Germany.(1984).

4. Van de Sande, E. "Air entrainment by plunging water jets," thesis presented to the Technische Hogeschool, at Delft, The Netherlands, in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, (1981).

5. Bohrer, J.G., Abt, S.R., and Wittler, R. J., "Prediction plunge pool velocity decay of free falling rectangular jet." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 124, No.10, Pp: 1043-1048. (1998).

6. Canepa, S. and Hager, W.H. "Effect of jet air content on plunge pool scour." Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 129. No. 5. Pp: 358-365. (2003).

7. Xu, W., Deng, J., Qu, J., Liu, S., and Wang, W., "Experimental Investigation on Influence of Aeration on Plane Jet Scour." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 130, No. 2, February 1, 2004. ©ASCE, ISSN 0733-9429/2004/2- 160–164. (2004).

8. ارمغانی، ا.، "بررسی آزمایشگاهی اثر جت پیش هوادهی شده بر عمق آبشستگی حوضچه استغراق." پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول (1392).

9. Rahrneyer, W. "The effect of aeration on scour." Proceedings of 1990 American Society of Civil Engineers National Hydraulic Engineering Conference, ASCE, New York, 531–536. (1990).

10. Aderibigbe, O.O., and Rajaratnam, N. "Erosion of loose beds by submerged circular impinging vertical turbulent jets." Journal of Hydraulic Research, 34(1), 19–33., (1996).