سرفصل های درس هیدرولیک مجاری روباز تکمیلی

نام بسته درسی : هیدرولیک مجاری روباز تکمیلی

—————————————————————————————-

فهرست:

فصل اول : قوانین اساسی حاکم بر جریان آزاد

فصل دوم : اصل انرژی در کانال های باز

فصل سوم : اصل اندازۀ حرکت در کانال های باز و کاربرد آن

فصل چهارم : جریان یکنواخت در کانال های باز

فصل پنجم : جریان متغیر تدریجی (دائمی)

فصل ششم : محاسبات جریان متغیر تدریجی (دائمی)

فصل هفتم : پرش هیدرولیکی و کنترل آن

آزمون خودسنجی با پاسخ

منبع و مآخذ

بخش هایی از بسته درسی هیدرولیک مجاری روباز تکمیلی

 فصل اول : قوانین اساسی حاکم بر جریان های آزاد

جریان یک مایع در یک مجرا ممکن است به دو صورت تحت فشار و یا جریان آزاد صورت پذیرد و از این نظر می توان هیدرولیک مجاری را به هیدرولیک کانالهای باز تقسیم بندی نمود.

در کانالهای باز مایع در حرکت، در تمام مرزها در تماس با جدار جامد نمی باشد بلکه یک مرز جریان در تمام مسیر در معرض فشار اتمسفر قرار دارد و لایۀ جدایی محیط با فضای اطراف در تعادل با این فشار ثابت عمل می کند.

خط پیوسته ای که مقدار انرژی را در مقاطع مختلف جریان نشان می دهد خط تراز انرژی نامیده می شود و معمولاً به دلیل کاهش انرژی در دسترس، در مسیر حرکت دارای شیب منفی (کاهش یابنده) می باشد.

نکات مربوط به جریان در کانالهای باز:

• کانالهای باز محدوده وسیعتری از جریان آب را شامل می شوند زیرا جریان در رودی به بزرگی رود نیل تا جریان در یک نهر کوچک و حتی جریان ورقه ای ناشی از رواناب بارندگی از قوانین عمومی کانالهای باز پیروی می کند.
• جریان در کانالهای باز درجۀ آزاد بیشتری نسبت به جریان در مجاری تحت فشار دارد و این درجه آزادی قابلیت تغییر عمق می باشد زیرا با تغییر در شیب کانالها و یا ایجاد موانع و تغییرات در مسیر جریان نیروی ثقل تغییر می نماید و در نهایت موقعیت سطح آزاد آب و به دنبال آن سایر مشخصات جریان تغییر خواهد نمود.
• در کانالهای باز وابستگی بیشتری بین پارامترهای هیدرولیکی مشاهده می شود.
• اطلاعات تجربی و آزمایشگاهی در دسترس محققین از جریان در مجاری تحت فشار بیش از جریان در کانالهای باز می باشد.

تقسیم بندی کانالها در جریانهای روباز

ساده ترین تقسیم بندی بر مبنای مصنوعی یا طبیعی بودن کانال می باشد:

1- کانالهای طبیعی: این کانالها به صورت طبیعی در سطح زمین ایجاد می شود و نقش انسان در شکل گیری آنها ناچیز می باشد. رودخانه هایی که در خط العقر یک حوضه آبریز جریان داشته مثال مشخصی از این کانالها می باشد.

2- کانالهای مصنوعی: این کانالها توسط بشر و به منظور و مقاصد مختلف آبرسانی، آبیاری، جمع آوری و انتقال فاضلابها یا آبهای سطحی ساخته می شوند.

تقسیم بندی دیگر کانالها بر مبنای تغییرات در سطح مقطع کانالها صورت می پذیرد:

1- کانالهای منشوری: کانال هایی هستند که در مسیرشان دارای سطح مقطع و شیب ثابتی هستند. (کانالهای مصنوعی عمدتاً منشوری هستند.) 

2- کانالهای غیرمنشوری: کانال هایی هستند که در مسیر آنها سطح مقطع و یا شیب کانال تغییر می کند.

همچنین کانال ها را بر اساس پایداری مصالح جدارۀ آنها در مقابل فرسایش طبقه بندی می نمایند:

1- کانال هایی با جدارۀ ثابت: کانال هایی هستند که مصالح جدارۀ آنها ثابت و غیرمتحرک می باشد. این کانال ها از مصالح سخت مثل بتن، چوب، فلز ساخته می شوند.

2- کانال هایی با جدارۀ متحرک: در مقایسه با کانالهای با جداره ثابت می توان کانالهای مصنوعی و یا طبیعی را در نظر گرفت که در تشکیلات آبرفتی جریان دارند و در نتیجه جدارۀ این کانال ها از ذرات رسوبی تشکیل یافته است و ذرات این قابلیت را دارند تا تحت تأثیر جریان آب به حرکت درآیند.

انواع مقاطع کانال های باز:

مقطع ذوزنقه ای: این مقطع معمول ترین شکل برای کانالهای آبیاری بوده و در کانالهایی که در مصالح خاکی حفر گردیده و دارای پوششی از جنس مصالح سخت نمی باشند کاربرد دارند.

مقاطع مستطیلی و مثلثی حالت خاصی از مقطع ذوزنقه ای می باشند.

مقطع دایره ای: این مقطع از مقاطع معمول در سیستمهای جمع آوری و انتقال فاضلاب می باشد. کانال های دایره ای می توانند به شکل پیش ساخته (لوله) تولید شده و به صورت مدفون در خاک قرار گیرند.

مقطع سهمی شکل: این مقاطع می توانند به عنوان یک تقریب برای کانالهای طبیعی با اندازۀ کوچک و متوسط به کار روند.

مقاطع دیگری که می توانند به کار روند مقاطع نعل اسبی و تخم مرغی هستند که معمولاً در تأسیسات جمع آوری و انتقال فاضلاب کاربرد دارند.

مشخصات هندسی مقاطع کانالهای باز:

تراز آب: در یک مقطع از کانال فاصلۀ قائم سطح آزاد آب نسبت به یک سطح مبنای دلخواه تراز گفته می شود.

سطح مقطع جریان: در یک محل، مساحت سطح مقطع جریان در صفحه عمود بر جهت عمومی جریان سطح مقطع جریان گفته می شود.

نامگذاری کانالهای مصنوعی:

کانال: آبراهۀ طولانی با شیب ملایم و کم که در زمین حفر می شود کانال گفته می شود. کانال ممکن است بدون پوشش و یا دارای پوششی از جنس بتن، سنگ چین، سیمان و یا آسفالت باشد.

کانال پایه دار (فلوم): از چوب، فلز، بتن و… ساخته می شود و آب را از یک طرف دره به طرف دیگر منتقل می کند. واژۀ فلوم به کانالهای کوچک آزمایشگاهی نیز اطلاق می شود.

تند آبراه (شوت): به کانالی اطلاق می شود که دارای شیب کف تند بوده و آب را از ارتفاع نسبتاً زیادی به ارتفاع پائین تر برساند.

شیب شکن: شبیه تند آبراه بوده ولی برای اختلاف ارتفاع کم به کار می رود.

تونل با جریان آزاد: یک کانال طولانی است که به منظور عبور دادن آب از داخل کوهها به کار می رود.

آبرو (کالورت): جهت عبور دادن آب از زیر جاده و یا راه آهن به کار می رود.

تبدیل: به هرگونه تغییر در جهت و یا سطح مقطع جریان که در فاصلۀ کوتاهی از مسیر کانال صورت گیرد تبدیل گفته می شود.

طبقه بندی انواع جریان در کانال های باز:

1- جریان دائمی – غیردائمی: در این طبقه بندی تغییر در مشخصات جریان بر حسب زمان معیار طبقه بندی قرار می گیرد. هرگاه در یک مقطع ثابت از جریان آب، عمق جریان با زمان تغییر نکند جریان دائمی گفته می شود و در صورتی که عمق جریان با زمان تغییرات داشته باشد، جریان غیردائمی می باشد.

جریان متغیر تدریجی: هرگاه تغییرات عمق جریان در فاصلۀ طولانی از مسیر صورت گیرد جریان متغیر تدریجی گفته می شود.

جریان متغیر سریع: در این جریان، تغییرات شدید عمق جریان در فاصلۀ کوتاهی از مسیر صورت گرفته، سطح آب انحناء قابل توجهی دارد. معمولاً جریان در رسیدن به یک مانع (نظیر تغییر در شیب، برخورد به یک دریچه و یا سرریز) به طور دفعی چنین تغییرات سریع را از خود نشان می دهد.

جریان متغیر مکانی: در طبقه بندی جریان، هیچ گونه دبی جریان در امتداد طولی کانال به کانال افزوده و یا از آن خارج نمی شود. حال اگر مقداری جریان از کانال اصلی گرفته شود و یا به آن اضافه گردد، جریان متغیر حاصل، جریان متغیر مکانی نامگذاری می شود.

وضعیت جریان در کانالهای باز:

در جریان آب در کانالهای باز، نیروهای مختلفی نظیر نیروهای ثقل، لزجت، شتاب دهنده و کشش سطحی بر روی عناصر سیال اثر می کنند که در این میان از تأثیر نیروی کشش سطحی در مسائل عملی به علت ناچیز بودن آن صرف نظر می گردد.

تأثیر نیروی لزجت: تحت تأثیر نیروی لزجت نسبت به نیروی شتاب دهنده سه حالت مختلف جریان در کانال های باز مشاهده می شود.

– جریان آرام یا لایه ای: در این حالت نیروی لزجت قوی تر می باشد نسبت به نیروی شتاب دهنده و ذرات آب در راستای اصلی حرکت به آرامی بر روی یکدیگر می لغزند.

– جریان آشفته یا متلاطم: در این حالت نیروی شتاب دهنده قوت بیشتری نسبت به نیروی لزجت دارد. ذرات آب از مسیر اصلی خود خارج شده و دارای پراکنده، غیر مشخص و نامنظم در عرض نیز می باشند.

برای مشاوره اینجا بزنید