مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی آزمایشگاهی دینامیک گرداب‌های با هسته هوا و پیش‌بینی میزان هوای ورودی به یک آبگیر افقی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران
2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 استاد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک)، تهران
4 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه حکیم سبزواری
چکیده
در مطالعه حاضر، دینامیک گرداب‌‌های با سطح آزاد و میزان هوای ورودی به آبگیر در اثر گرداب‌های با هسته هوا در یک آبگیر افقی، به روش آزمایشگاهی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج ارائه‌شده عبارت‌اند از نحوه ارتباط بین مرتبه گرداب با پارامترهای هیدرولیکی آبگیر، الگوی کلی جابجایی هسته گرداب بر روی سطح آب و ارتباط آن با مرتبه گرداب، مدت‌زمان لازم برای تشکیل کامل هسته هوا و در نهایت برآورد نرخ هوای ورودی به آّبگیر در شرایط تشکیل گرداب با هسته هوا می‌باشد. همچنین با تعریف شاخص عدد آبگیر، بین مرتبه گرداب و عدد آبگیر ارتباط کمی برقرار گردید و نشان داده شد که با افزایش عدد آبگیر، از ناپایداری مکانی گرداب‌های با سطح آزاد کاسته می‌شود، به‌گونه‌ای که برای اعداد آبگیر بزرگ‌تر از 1، جابجایی هسته گرداب بر روی سطح آب به ناحیه‌ای به شعاع حداکثر دو برابر قطر آبگیر محدود می‌گردد. در ادامه، بین مدت‌زمان لازم برای شکل‌گیری هسته کامل هوا و عدد آبگیر نیز ارتباط برقرار گردید و نشان داده شد که با افزایش این عدد، زمان لازم برای تشکیل هسته کامل هوا به‌صورت نمایی کاهش می‌یابد. در همین راستا رابطه‌ای برای تخمین سرعت رشد هسته هوا بر حسب عدد آبگیر پیشنهاد گردید و به‌جهت صحت‌سنجی، با نتایج تحقیقات پیشین مقایسه شد. در بخش پایانی این تحقیق نیز به بررسی نحوه ارتباط بین نرخ هوای ورودی به آبگیر و عدد آبگیر پرداخته شد و سپس رابطه‌ای‌ برای تخمین نرخ هوای ورودی بر حسب عدد فرود آبگیر پیشنهاد ‌و با نتایج تحقیقات قبلی مقایسه گردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental investigation of dynamics of the air-core vortices and estimating the air entrainment rate at a horizontal intake

نویسندگان English

Morteza Monshizadeh 1
Ahmad Tahershamsi 2
Hassan Rahimzadeh 3
Hamed Sarkardeh 4
1 Ph.D. Candidate of Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
3 Professor of Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
4 Assistant Professor of Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده English

In the present study, free surface vortex dynamic was experimentally investigated in a horizontal intake. Air entrainment rate into the intake due to the air-core vortices was also discussed. The results presented are the relationship between the vortex type and the intake hydraulic parameters, general pattern of surface displacement of the vortex core and its relation with the vortex type, the required time duration to fully development of the vortex core, and finally evaluation of the vortex induced air entrainment rate. In this research by defining intake number as intake Froude number over the intake relative submergence, a relationship was established between the vortex type and the intake number. Moreover, it was shown that while the intake number increases, surface instability of the vortex core decreases, in which, for the intake numbers greater than one, surface movement of the vortex core is limited to an area of the twice of the intake diameter. Then, another relationship was also established between the time requirement of the vortex air-core formation and the intake number, and it was shown that there will be an exponentially decrease in the mentioned time scale, while the intake number increases. In this context, a relationship was suggested and compared with one of previous works. In the last section, the dependency between air entrainment rate due to the air-core vortices and the intake number was considered, and another relationship was also suggested and compared with previous works.

کلیدواژه‌ها English

Surface vortex
Hydropower Intakes
Experimental Study
Air Entrainment Rate
Air Core Instability